(57)【要約】【課題】簡易な装置構成により虹を発生する。【解決手段】液体を蓄える容器と、前記容器内で液体中に配置された鏡とを備え、前記容器は太陽光が入射するように配置され、前記鏡は液体で分光された太陽光を反射して液体表面から空気中に放射するように配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を蓄える容器と、
前記容器内で液体中に配置された鏡と、
を備え、
前記容器は太陽光が入射するように配置され、前記鏡は液体で分光された太陽光を反射して液体表面から空気中に放射するように配置された、虹ヲアツメル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は虹発生装置、いわゆる「虹ヲアツメル」に関する。
【０００２】
【従来の技術】
虹発生装置の従来例としは、特開平０８−２７２３２９号（従来例１という。）や特開平０９−１９７９５６号（従来例２という。）等がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来例１は、加圧水を広角度に噴射して水滴膜を生成し、この水滴膜によって太陽光を反射する。また従来例２は、水を下方に噴射するとともに、変換手段によって微粒子に変換し、太陽光あるいはＲＧＢ光を水微粒子によって反射する。
【０００４】
このように従来の虹発生装置は、大規模かつ複雑な構成を有し、高価であるとともに、多様な設置環境に即応し得るものではなかった。
【０００５】
本発明はこのような従来の問題点を解消すべく創案されたもので、簡易な装置構成により虹を発生することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、虹発生装置、いわゆる虹ヲアツメルであって、液体を蓄える容器と、前記容器内で液体中に配置された鏡とを備え、前記容器は太陽光が入射するように配置され、前記鏡は液体で分光された太陽光を反射して液体表面から空気中に放射するように配置される。これによって、簡易な装置構成により虹を発生し得る。
【０００７】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
次に本発明に係る虹発生装置の第１実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、第１実施形態を示す斜視図、図２は、図１の虹発生装置の光学特性を示す概念図、図３は、図１の虹発生装置の他の光学特性を示す概念図である。
【０００８】
図１において、虹発生装置である「虹ヲアツメル」は水Ｗ等の液体が蓄えられた内面半球状の容器Ｂと、液体内に沈められた平板状の鏡Ｍとを有する。容器Ｂは、その内部に太陽光ＳＬが入射するように設置され、太陽光ＳＬは液体Ｗに入射する際に屈折、分光する。鏡Ｍは、液体Ｗに入射した太陽光ＳＬを反射して、再び液体Ｗの外に放射するように配置されており、液体Ｗの外に放射された反射光ＲＬは壁面等に投射されて虹Ｒを発生する。
【０００９】
このように、虹発生装置は、液体Ｗを蓄えた容器Ｂと鏡Ｍとのみよりなり、その構成は極めて簡易である。また、その簡易な構成のために、虹発生装置は自由な場所に移動、設置することができる。
【００１０】
従って、以下のように多様な環境、場所において虹を発生し得る。
樹木近傍に虹発生装置を設置し、樹木の幹に虹を発生する。樹木の周囲の地面は必ずしも平坦ではないが、容易に虹発生装置を地面に固定設置することができる。
ビル周囲の地面あるいはビル外壁に虹発生装置を設置することにより、ビル外壁の任意の位置に虹を発生し得る。
反射光をイベント会場、競技場等に導き屋内の壁面、窓、天井に虹を発生し得る。
走行する電車その他の車両に反射光を投射し、虹を発生し得る。
港の岸壁に虹発生装置を設置し、船舶側壁に虹を発生し得る。
高速道路の遮音壁に虹を発生し得る。
商店街のアーケード、照明ポール等の施設に虹を発生し得る。
【００１１】
図２において、入射角α１で太陽光ＳＬが液体Ｗに入射し、液面での屈折角がβ１であったとする。鏡Ｍは、水平面に対して角度θ傾斜し（太陽光入射方向に傾斜）、屈折光を水面に向かって反射する。反射光ＲＬは液面へ入射角β２で入射し、液面で屈折角α２で屈折しつつ空中に放射されるとする。
【００１２】
空気の水に対する屈折率をｎとすると、α１、β１の関係は式（１）のとおりとなる。
【００１３】
【数１】
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反射光の鏡Ｍに対する反射角度γとすると、
【００１４】
【数２】
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となり、反射光が水面で全反射するときは式（４）〜（６）の状態となる。
【００１５】
【数３】
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式（６）に式（３）を代入すると式（７）となり、式（７）に式（１）を代入するとθの条件式（８）が求まる。
【００１６】
【数４】
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例えば、α１を、東京での太陽の南中高度約３０°〜８０°の中央値の５５°とし、ｎ＝１．３とすると、式（９）、（１０）が得られる。
【００１７】
【数５】
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式（１０）より、式（１１）、（１２）が得られる。
【００１８】
【数６】
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以上から、入射角α１＝５５°のときθ＜４４．５°としなければ虹は得られない。
【００１９】
図３において、鏡Ｍを、太陽光ＳＬを入射方向の反対方向に反射する場合について説明する。θ、β２は図２に対して負の値をとるが、計算を分かり易くするため、θを水面から下方にとり、β２を図１と反対方向にとり、両者の値を正とする、これによって前記式（２）、（３）、（７）、（１０）〜（１２）は（２Ｒ）、（３Ｒ）、（７Ｒ）、（１０Ｒ）、（１１Ｒ）、（１２Ｒ）のように変わる。
【００２０】
【数７】
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なお、θ、β２の正の方向を図１と統一すれば、全ての式が同一となる。
【００２１】
以上は虹を発生させるための条件であるが、鮮明な虹を生じさせるためには、例えば福島県いわき市において、図１の場合θ＝３７°〜４０°とすべきことが経験的に明らかになっている。
【００２２】
［第２実施形態］
次に本発明に係る虹発生装置の第２実施形態を図面に基づいて説明する。第２実施形態は第１実施形態の容器を固定の施設、例えば地面に掘削された溝によって構成したものである。
【００２３】
図４は、第２実施形態を示す平面図、図５は第２実施形態の縦断面図である。
【００２４】
図４、図５において、虹発生装置は地面を直方体状に掘削した溝よりなる容器Ｄを有し、容器Ｄにいは液体Ｗが蓄えられている。容器Ｄの底部には三角柱筒状の鏡Ｍが沈設されている。鏡Ｍは例えば鏡面加工したステンレス等の不腐食性材料によって形成され、長期間に渡って反射性能を維持し得る。
【００２５】
第１実施形態と同様、水等の液体Ｗに入射した太陽光ＳＬは、屈折、分光した後、鏡Ｍで反射し、液面で屈折して壁面ＷＬに投射される。これによって第１実施形態同様、虹を発生し得る。
【００２６】
このように、容器は固定の施設であってもよく、自然の流れ、池等を活用することも可能である。
【００２７】
［第３実施形態］
次に本発明に係る虹発生装置の第３実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２８】
図６は、第３実施形態を示す縦断面図である。第３実施形態では、第１実施形態における容器Ｂの底面に凹凸４０１を形成し、鏡Ｍが凹凸４０１に係合するようになっている。これによって、鏡Ｍの角度（図２、３のθ）を所定の角度に設定したときに、そのずれを防止し得る。凹凸４０１は容器Ｂ内面の周囲に沿って延び、太陽光ＳＬの入射角の方向、すなわち太陽の方位角の変化に応じて、鏡Ｍの方向を自由に設定し得る。なお容器Ｂを回転し得るように設置すれば、凹凸４０１は容器周方向の長さは短くてもよい。
【００２９】
［第４実施形態］
次に本発明に係る虹発生装置の第４実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３０】
図７は、第４実施形態を示す縦断面図である。第４実施形態では、第１実施形態における鏡Ｍの底面に凹凸５０１を形成し、凹凸５０１が容器Ｂの上縁に係合するようになっている。これによって、鏡Ｍの角度（図２、３のθ）を所定の角度に設定したときに、そのずれを防止し得る。なお本実施形態に第３実施形態の凹凸４０１を付加してもよい。
【００３１】
［第５実施形態］
次に本発明に係る虹発生装置の第５実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３２】
図８は、第５実施形態を示す縦断面図である。第５実施形態では、第１実施形態における鏡Ｍの上面に、水平面に沿った目盛６０２と、目盛６０２に垂直な目盛６０３を表示し、かつ鏡Ｍ上端部にコンパス６０１を装着している。目盛６０３は、その延長線がコンパス６０１の中心を通るように表示され、コンパス６０３は水平軸ＡＸ８を中心に回転可能に支持されて、表示面が常に水平にされる。また目盛６０２には、各目盛６０２を容器Ｂ上縁に合わせたときの、鏡Ｍの角度θが表示っされている。
【００３３】
従って、コンパス６０１を参照しながら目盛６０３を所定の方位角に合わせ、目盛６０２の角度表示を上縁に合わせれば、鏡Ｍの最適な角度設定が可能である。
【００３４】
なお本実施形態に第３実施形態の凹凸４０１、および／または第４実施形態の凹凸５０１を付加してもよい。
【００３５】
［第６実施形態］
次に本発明に係る虹発生装置の第６実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３６】
図９は、第６実施形態を示す縦断面図である。第６実施形態では、第１実施形態における鏡Ｍの底面を容器Ｂの内面に沿った球面状としている。これによって、鏡Ｍは容器Ｂの内面に密着し、鏡Ｍの容器Ｂ対するずれは比較的生じにくい。例えば、容器Ｂ底面と鏡Ｍ底面とは凹凸、摩擦面接触等により容易ずれ防止し得る。また鏡Ｍは容器Ｂ底面に沿った形状なので、角度調節における移動は円滑である。
【００３７】
［第７実施形態］
次に本発明に係る虹発生装置の第７実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３８】
図１０は、第７実施形態を示す縦断面図である。第７実施形態では、第１実施形態における容器Ｂの底部にコンパス８０１を装着し、かつ容器Ｂ内面に、コンパス８０１の中心を通る、略鉛直面に沿った指標線８０２が表示されている。これによってコンパス８０１を参照しつつ容器Ｂを回転させれば、指標線８０２を所定の方位角に合わせることができる。ここで鏡Ｍを指標線８０２に合わせることによって鏡Ｍを所定の方位角に設定し得る。
【００３９】
［第８実施形態］
次に本発明に係る虹発生装置の第８実施形態を図面に基づいて説明する。
【００４０】
図１１は、第８実施形態を示す縦断面図である。第８実施形態では、第１実施形態における容器Ｂおよび鏡Ｍを駆動源によって駆動する。
【００４１】
容器Ｂの底面には、容器Ｂと同軸でかつ水平な歯車９０４が設けられ、歯車９０４は、モータ９０３によって駆動される歯車９０５に噛合している。一方容器Ｂは軸受け等の回転支持手段（図示せず。）によって回転可能に支持されている。従って、モータ９０３によって歯車９０３、９０４を駆動することにより、容器Ｂは略鉛直軸を中心に回転する。
【００４２】
鏡Ｍの上端部はねじ９０２に螺合され、ねじ９０２はモータ９０１によって回転駆動される。モータ９０１は容器Ｂ上縁部において、支持され、ねじ９０２を回転駆動することにより、鏡Ｍを上下動し得る。この上下動によって、鏡Ｍの角度θが調節される。モータ９０１は鏡Ｍの角度変化に追随するように、水平軸ＡＸ１１を中心に回転可能に支持されている。
【００４３】
このように、容器Ｂおよび鏡Ｍを駆動源によって駆動すれば、鏡Ｍの設定を自動化が可能になる。
【００４４】
［第９実施形態］
次に本発明に係る虹発生装置の第９実施形態を図面に基づいて説明する。第９実施形態では、第８実施形態の構成による設定自動化を実現している。
【００４５】
図１２は、第９実施形態を示すブロック図、図１３は、図１２の虹発生装置の動作を示すフローチャートである。
【００４６】
図１２において、第８実施形態の虹発生装置におけるモータ９０１、９０３には制御部１００２が接続され、制御部１００２にはカメラ１００１が接続されている。虹発生装置は太陽光ＳＬを液体Ｗによって分光し、鏡Ｍで反射光ＲＬを反射して、壁面ＷＬ等に虹Ｒを投影する。カメラ壁面ＷＬの虹Ｒを撮影し、撮影した画像を制御部１００２に入力する。制御部１００２は、設置場所（緯度、経度）、標高、周囲の高低差、周囲の建物、周囲の樹木、周囲の海、湖水、河川の反射光等の地理的データや、季節、時刻等、気象条件、時刻等の条件を含む環境条件を参照しつつ、画像のコントラスト等に基づいて虹の鮮明度を算出する。鮮明度が予想値よりも低いときは、制御部１００２はモータ９０１および／または９０３を駆動して鏡Ｍの設定を適正化する。制御部１００２は、所定時間ごとに虹の鮮明度をチェックする。制御部１００２の処理は以下のステップによる。
【００４７】
ステップＳ１３０１：所定時間が経過したか否か判断し、所定時間が経過したときはステップＳ１３０２に移行し、所定時間が経過していなかったときはそのまま処理を終了する。
【００４８】
ステップＳ１３０２：環境条件およびカメラ１００１の画像を取り込み、ステップＳ１３０３に移行する。
【００４９】
ステップＳ１３０３：カメラ１００１で撮影した画像に虹が撮影されているか否か判断する。虹の存否は、所定の色彩パターン、色彩パターンの分散等により判断する。虹の画像が存在したときは、ステップＳ１３０４に移行し、虹の画像が存在しなかったときは、ステップＳ１３０９に移行する。
【００５０】
ステップＳ１３０４：虹のパターンが所定の鮮明度以上であったか否か判断する。所定の鮮明度以上のときは、そのまま処理を終了し、所定の鮮明度に達しなかったときは、ステップＳ１３０５に移行する。
【００５１】
ステップＳ１３０５：モータ９０１を所定方向に所定範囲駆動して鏡Ｍの角度θを微調整し、ステップＳ１３０６に移行する。
【００５２】
ステップＳ１３０６：虹のパターンが所定の鮮明度以上になったか否か判断する。所定の鮮明度以上になったときは、そのまま処理を終了し、所定の鮮明度に達しなかったときは、ステップＳ１３０７に移行する。
【００５３】
ステップＳ１３０７：モータ９０３を所定方向に所定範囲駆動して鏡Ｍの方位角を微調整し、ステップＳ１３０８に移行する。
【００５４】
ステップＳ１３０８：虹のパターンが所定の鮮明度以上になったか否か判断する。所定の鮮明度以上になったときは、そのまま処理を終了し、所定の鮮明度に達しなかったときは、ステップＳ１３０９に移行する。
【００５５】
ステップＳ１３０９：環境条件等のデータを参照し、データに基づく最適条件になるように、モータ９０１、９０３を制御する。
【００５６】
環境条件等のデータはあらかじめ制御部１００２に登録され、適宜更新される。
【００５７】
以上のように、環境条件等のデータに基づく設定と、その後の定期的な微調整を併用することにより、虹発生装置により発生される虹を常に最適状態に維持し得る。
【００５８】
［第１０実施形態］
次に本発明に係る虹発生装置の第１０実施形態を図面に基づいて説明する。
【００５９】
図１４は、第１０実施形態を示す縦断面図、図１５は、図１４の虹発生装置の光学特性を示す概念図、図１６は、図１４の虹発生装置の他の光学特性を示す概念図、図１７は、図１４の虹発生装置のさらに他の光学特性を示す概念図である。
【００６０】
図１４において、虹発生装置はフレーム１２０３によって回転可能に支持された三角プリズムＰＬと、プリズムＰＬを透過した太陽光ＳＬを反射するようにフレーム１２０３に回転可能に取り付けられた鏡Ｍとを備える。三角プリズムＰＬには、その三角形断面に対して垂直なねじ１２０１が螺合され、ねじ１２０１を緩めることにより、三角プリズムＰＬはフレーム１２０３に対して回転可能となり、ねじ１２０１を締めこむことによって固定される。鏡Ｍには、ねじ１２０１と平行なねじ１２０２が螺合され、ねじ１２０２を緩めることにより、鏡Ｍはフレーム１２０３に対して回転可能となり、ねじ１２０２を締めこむことによって固定される。以上の構成により、三角プリズムＰＬおよび鏡Ｍを角度調節し得る。液体によって太陽光を分光する場合と異なり、三角プリズムＰＬ等のプリズムは入射角を自由に設定でき、また鏡Ｍも角度調節可能なので、虹発生条件の自由度は高い。
【００６１】
図１５〜図１７で三角プリズムＰＬおよび鏡Ｍの設定を種々変更している。
【００６２】
図１５において、太陽光ＳＬは、三角プリズムＰＬの略水平な上面に、左上方から入射し、三角プリズムＰＬ内で屈折しつつ分光し、三角プリズムＰＬの右側面から空気中に出て、鏡Ｍによって反射される。その後再び三角プリズムＰＬの右側面に入射し、左側面から空気中に放射される。
【００６３】
図１６において、太陽光ＳＬは、三角プリズムＰＬの右傾斜した左側面に入射し、三角プリズムＰＬ内で屈折しつつ分光し、三角プリズムＰＬの右側面から空気中に出て、鏡Ｍによって反射される。鏡Ｍで反射された反射光ＲＬは再び三角プリズムＰＬに入射することなく、虹を投影する。
【００６４】
図１７において、太陽光ＳＬは、三角プリズムＰＬの右傾斜した左側面に入射し、三角プリズムＰＬ内で屈折しつつ分光し、三角プリズムＰＬの右側面から空気中に出て、鏡Ｍによって反射される。その後再び三角プリズムＰＬの右側面に入射し、左側面から空気中に放射される。
【００６５】
［第１１実施形態］
次に本発明に係る虹発生装置の第１１実施形態を図面に基づいて説明する。
【００６６】
図１８は、第１１実施形態を示すブロック図、図１９は、図１８の虹発生装置による虹発生状態を示す概念図である。
【００６７】
図１８において、虹発生装置は太陽光を集光レンズや反射鏡等によって集光する集光部１６０１と、この集光部１６０１に始端が接続され、集光部１６０１で集光された光を伝送する光ファイバケーブル１６０２と、光ファイバケーブル１６０３の終端に取り付けられた光学系１６０３とを備える。光学系１６０３は例えばレンズあるいはその集合体であり、光ファイバケーブル１６０２の終端から放射される放射光ＥＬを壁面ＷＬ等で合焦させる。
【００６８】
光ファイバケーブル１６０２は複数の光ファイバ１６０４の集合体であり、各光ファイバ１６０４から放射された光スポットの集合が壁面ＷＬに投影される。光スポットには光学系１６０３の色収差に起因した円周状の虹模様が生じ、光スポットの集合体の画像ＩＭＧは、複雑な虹模様となる。
【００６９】
第１１実施形態では、光ファイバケーブル１６０２によって太陽光の伝送し得るので、屋内を含め多様な形態での虹投影が可能である。
【００７０】
［第１２実施形態］
次に本発明に係る虹発生装置の第１２実施形態を図面に基づいて説明する。
【００７１】
図２０は、第１２実施形態を示す斜視図である。第１２実施形態は、虹を直接可視化せず、一旦ビデオ映像等として記録する。
【００７２】
虹発生装置はプリズムＰＬ２０とビデオカメラ等の画像記録装置２００１とを備え、プリズムＰＬ２０によって分光された太陽光ＳＬを画像記録装置２００１によって撮影する。画像記録装置２００１で光を強く反射する物体を撮影すると、比較的狭い領域に鮮明な虹を生じ、反射の弱い物体を撮影すると、虹自体は淡い色彩となるが、広い範囲、例えば画面全体が虹色になる。
【００７３】
［第１３実施形態］
次に本発明に係る虹発生装置の第１３実施形態を図面に基づいて説明する。
【００７４】
図２１は、第１３実施形態を示すブロック図である。第１３実施形態は、第１実施形態〜第９実施形態における最適虹発生条件を、虹発生装置のユーザに提供するシステムおよびサービスを提供し得る。
【００７５】
虹発生装置Ｕ１〜Ｕｎはインターネット等の通信手段ＩＮに接続可能であり、通信手段ＩＮには計算サーバを有するサービスプロバイダＳＰ１および地図データベースを有するサービスプロバイダＳＰ２が接続されている。
【００７６】
太陽光ＳＬを液体Ｗで分光する虹発生装置では、虹発生装置の環境条件等のデータを参照しなければ、最適な虹発生条件は得られず、また環境条件等は季節ごとに、また環境の変化にともなって変化する。そこで、サービスプロバイダＳＰ１は各ユーザから設置位置のデータを取得し、その設置位置における最適条件のデータを各ユーザに提供する。季節ごとの太陽の運行、地理データ、気象条件等に基づきサービスプロバイダＳＰ１は年月日時刻ごとの最適方位各、仰角を虹発生装置に送信する。なおサービスプロバイダＳＰ１は、周囲の建物等詳細な情報を含む地理データ等について、サービスプロバイダＳＰ２から情報提供を受け、最適条件を求める。
【００７７】
このような情報提供により、虹発生装置が最適条件での使用し得ることが保証される。
【００７８】
【発明の効果】
本発明によれば、簡易な装置構成により虹を発生し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る虹発生装置の第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１の虹発生装置の光学特性を示す概念図である。
【図３】図１の虹発生装置の他の光学特性を示す概念図である。
【図４】本発明に係る虹発生装置の第２実施形態を示す平面図である。
【図５】本発明に係る虹発生装置の第２実施形態を示す縦断面図である。
【図６】本発明に係る虹発生装置の第３実施形態を示す縦断面図である。
【図７】本発明に係る虹発生装置の第４実施形態を示す縦断面図である。
【図８】本発明に係る虹発生装置の第５実施形態を示す縦断面図である。
【図９】本発明に係る虹発生装置の第６実施形態を示す縦断面図である。
【図１０】本発明に係る虹発生装置の第７実施形態を示す縦断面図である。
【図１１】本発明に係る虹発生装置の第８実施形態を示す縦断面図である。
【図１２】本発明に係る虹発生装置の第９実施形態を示すブロック図である。
【図１３】図１２の虹発生装置の動作を示すフローチャートである。
【図１４】本発明に係る虹発生装置の第１０実施形態を示す縦断面図である。
【図１５】図１４の虹発生装置の光学特性を示す概念図である。
【図１６】図１４の虹発生装置の他の光学特性を示す概念図である。
【図１７】図１４の虹発生装置のさらに他の光学特性を示す概念図である。
【図１８】本発明に係る虹発生装置の第１１実施形態を示すブロック図である。
【図１９】図１８の虹発生装置による虹発生状態を示す概念図である。
【図２０】本発明に係る虹発生装置の第１２実施形態を示すブロック図である。
【図２１】本発明に係る虹発生装置の第１３実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
Ｂ、Ｄ  容器
Ｍ  鏡
ＳＬ  太陽光
Ｗ  水
Ｒ  虹
ＲＬ  反射光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004157197.tif 000013
【図５】
2004157197.tif 000014
【図６】
2004157197.tif 000015
【図７】
2004157197.tif 000016
【図８】
2004157197.tif 000017
【図９】
2004157197.tif 000018
【図１０】
2004157197.tif 000019
【図１１】
2004157197.tif 000020
【図１２】
2004157197.tif 000021
【図１３】
2004157197.tif 000022
【図１４】
2004157197.tif 000023
【図１５】
2004157197.tif 000024
【図１６】
2004157197.tif 000025
【図１７】
2004157197.tif 000026
【図１８】
2004157197.tif 000027
【図１９】
2004157197.tif 000028
【図２０】
2004157197.tif 000029
【図２１】
2004157197.tif 000030