(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２軸以上の自由度を有し、コマンドにより駆動制御され、光源からの光の方向を変更制御する光点進路偏向機構を備え、
前記光源からの光を、ドームスクリーン上の所定の座標に天体像として投影可能であって、
前記光点進路偏向機構により前記ドームスクリーンに投影した天体像および該天体像の周辺を常に写野に収めるカメラを搭載した天体投影機と、
前記カメラを用い、他の投影装置からドームスクリーン内に投影される天体像を撮像して、撮像画面上の他の投影装置から投影された天体像の位置を検出し、
検出した位置を撮像画面上の所定の座標に一致させるように自己の天体投影機の光点進路偏向機構または他の投影装置の表示手段に対して補正をかけることにより、自己の天体投影機が投影する天体像と他の投影装置から投影される天体像の、ドームスクリーン上の座標を一致させる制御装置と、
を備えたことを特徴とする天体投影機による投影像の位置合致システム。
【請求項２】
前記撮像画面上の所定の座標は、自己の天体投影機の投影像を撮像して得た座標であることを特徴とする請求項１記載の天体投影機による投影像の位置合致システム。
【請求項３】
前記自己の天体投影機の投影像と、他の投影装置から投影される投影像のドームスクリーン上の座標を一致させることにより、所定の天体をドームスクリーン上で投影する際に、自己の天体投影機の投影像と、他の投影装置による投影像を切り替えることを特徴とする請求項１または２記載の天体投影機による投影像の位置合致システム。
【請求項４】
前記光点進路偏向機構は、可動式の反射鏡を含むことを特徴とする請求項１，２または３記載の天体投影機による投影像の位置合致システム。
【請求項５】
前記光点進路偏向機構は、投影レンズの姿勢角を変える機構を含むことを特徴とする請求項１，２または３記載の天体投影機による投影像の位置合致システム。
【請求項６】
前記光点進路偏向機構の投影光路中に光を分岐する光分岐部材を挿入し、前記カメラは該光分岐部材を介して、自己の天体投影機の投影像およびその周辺を常に写野に収めることを特徴とする請求項１，２，３，４または５記載の天体投影機による投影像の位置合致システム。
【請求項７】
前記光分岐部材はハーフミラーまたは斜鏡であることを特徴とする請求項６記載の天体投影機による投影像の位置合致システム。
【請求項８】
前記カメラは、投影レンズの姿勢角を変える機構を構成する投影光学系に固定され、該投影光学系中の光を導く光路に光を分岐する光分岐部材を配置し、該光分岐部材によって前記カメラが自己の天体投影機の投影像およびその周辺を常に写野に収めることを特徴とする請求項５記載の天体投影機による投影像の位置合致システム。
【請求項９】
前記カメラは、投影レンズの姿勢角を変える機構を構成する投影光学系に固定され、該投影光学系とともに撮像するための向きを変えることを特徴とする請求項５記載の天体投影機による投影像の位置合致システム。
【請求項１０】
２軸以上の自由度を有し、コマンドにより駆動制御され、光源からの光の方向を変更制御する光点進路偏向機構を備え、
前記光源からの光を、ドームスクリーン上の所定の座標に天体像として投影可能であって、
前記光点進路偏向機構により前記ドームスクリーンに投影した天体像および該天体像の周辺を常に写野に収めるカメラを搭載したことを特徴とする天体投影機。
【請求項１１】
前記光点進路偏向機構は、
投影筒から出射する光を通過させ、戻ってくる光を分岐するハーフミラーまたは斜鏡からなる光分岐部材と、
前記光分岐部材を通過した光を反射しスクリーン等に投影する可動式反射鏡とを有し、
前記可動式反射鏡で投影した光点像を、前記可動式反射鏡，前記光分岐部材を介して前記カメラに導く光路を備えたことを特徴とする請求項１０記載の天体投影機。
【請求項１２】
前記可動式反射鏡は２軸で角度を変更可能であり、
角度変更により、自己の天体投影機で投影した光点像と他の天体投影装置で投影すべき光点像との投影位置を一致させるように前記可動式反射鏡を制御することを特徴とする請求項１１記載の天体投影機。
【請求項１３】
前記光点進路偏向機構は、
光点を投影する投影筒を有し、
前記投影筒を２軸で姿勢を変更可能であり、
前記投影筒に、投影筒で投影した光点像を撮像するカメラを取付け、
自己の天体投影機で投影した光点像と他の天体投影装置で投影すべき光点像との投影位置を一致させるように前記投影筒の向きを制御することを特徴とする請求項１０記載の天体投影機。
【請求項１４】
前記カメラの取付け構造は、
前記投影筒の光路中に斜鏡を配置し、配置した斜鏡からの反射像を撮像するようにカメラを投影筒に固定することを特徴とする請求項１３記載の天体投影機。
【請求項１５】
前記カメラの取付け構造は、
前記投影筒の光軸と同じ方向に撮像軸が一致するように投影筒にカメラを固定することを特徴とする請求項１３記載の天体投影機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、個別の天体投影機によりドームスクリーンに投影した天体が、この天体投影機の投影範囲から逸脱する場合に、この逸脱する部分の投影範囲を持つ他の天体投影機からの投影像に違和感なく円滑に引き継ぐために、それぞれの天体投影機の天体像の経路を制御して２つの天体投影機が重なる投影範囲領域で２つの天体像の位置を合致させ他の天体投影機の投影像に切り替える投影像の位置合致システムおよび該システムに用いられる天体投影機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光学式プラネタリウムでは、ドームスクリーンの中心に設置した恒星投影機から、あらかじめ恒星の配置に合せて微細な孔パターンを有する恒星原板を用いて多数の恒星を投影していた。この方式によると高精細な星空を投影可能であり、投影機が有する回転軸を回転させることで任意の日時や地球上での任意の位置での星空を再現することも可能である。しかしながら、恒星の配置が固定された恒星原板によって固定されているため、視点を恒星間空間で変えたり、長年月の変化に伴う固有運動等を再現したりすることはできなかった。またドーム中心に光学式恒星投影機を設置しなければならず、客席スペースを制限するほか、投影中の視界を妨げる要因にもなっていた。
【０００３】
従来の光学式プラネタリウムの惑星投影機は、恒星投影機に同架された機械式のものに加え、恒星投影機と分離してドーム中心付近に設置する分離独立型の惑星投影機が好んで用いられていた。
この分離独立型の惑星投影機は、独立した２軸の自由度をもつ惑星像の偏向機能を有し、この偏向機能によりドームスクリーン上の任意の座標に惑星像を投影することができるものである。そのため、コンピュータを用いた適切な制御により、恒星とは完全に独立した運動を再現することができ、例えば、地球上の任意の座標から見たのみならず、地球外の惑星や太陽系内の任意の視点から観察した惑星の配置等も再現できた。
【０００４】
また、特許文献１では、惑星投映機を用いてドーム上に設定した星座を構成すべき各星の位置に星像を投映すると共に、日時及び観測場所による星座の形状の変化に応じ上記星像の位置が移動するように、惑星投映機のＸ軸及びＹ軸を駆動する投映装置が提案されている。このように２軸の自由度を持ち任意の方向に星像を投影する機能を持つ装置を用いると、惑星のみならず恒星も、光学式プラネタリウム本来の制約を超えて表現することができる。
【０００５】
さらに単一または複数のプロジェクタを使って、コンピュータによりリアルタイムで生成した星空の画像を投影するディジタルプラネタリウムでは、光学式プラネタリウムのような機能の制限はないが、ディジタル映像には単位面積あたりの輝度の制限があり、特に明るい星を鮮明かつリアルに投影することができず、結果的に星空のリアリティが十分なものではなかった。
【０００６】
光学式プラネタリウムとディジタル投影技術を用いたディジタルプラネタリウムを併用する複合型プラネタリウムが多数提案され運用されている。
これは、光学式プラネタリウムの星空にディジタル投影により補助的な星座線や星座絵などを重ねて投影するにはきわめて有用であるものの、星空自体を、精細さを有したままディジタルプラネタリウムのような自在度をもって再現できるものではなく、両者の欠点を補うものではなかった。また、ディジタル投影による雲や建物などの前景と光学式プラネタリウムによる恒星を同時に投影した場合、この両者が重なり合ってしまい、本来は見えないはずの前景に重なる部分にまで星が投影されてしまい不自然な印象を持たせてしまう問題点があった。
【０００７】
一方、光学式投影機で所定より明るい恒星を投影し、ディジタル投影により所定より暗い星を投影する複合プラネタリウムが提案されている（特許文献２）。
この方式によれば、明るい恒星を光学式で投影することにより明るく鮮明に再現することが可能であり、明るい恒星の数は限られていることからそれらを個別にオンオフすることが容易である。また、暗い星は景色と共にディジタル投影されるから個別にオンオフすることが可能であり、結果的に星空のリアルさを有するものである。そして、ディジタル投影により前景を同時に投影しても、前景に重なる恒星を消すことができるので、前景と共にきわめてリアルな星空を再現可能である。
しかし、この方式でも、従来の光学式プラネタリウムと同様、投影機をドーム中心に設置しなければならない。また、明るい恒星の配置は光学式投影機によって固定されているために自在に動かす事が難しく、ディジタルプラネタリウムのみで恒星を再現するときのように、視点を恒星間空間の中で移動させたり、長年月の変化による固有運動を再現したりすることはできない。
【０００８】
一方、単位光点投映筒を任意の投映方向に制御する手段を有するプラネタリウム投映機をプラネタリウムシステムに組み入れる方式が提案されている（特許文献３）。
この単位光点投映機はドーム内側に設置しなければならず、特に多数の恒星を再現するために単位光点投映機を多数配置した場合、ドームスクリーンの中心付近に広いスペースを投映機設置のために確保しなければならず客席スペースを大きく制限するものとなる。また、客席との重複を避けてドームの周辺に設置した場合は、投影できない方向があったり、ドームスクリーン面との距離が著しく変化するため像の見え方や動きがきわめて不自然になったりする欠点があった。
【０００９】
このような課題に対して、ドーム周辺部に、ドームスクリーン上の所定の座標に天体を投影可能な個別の天体投影機を設置して天体を投影する方法が着想される。しかし、この場合、個別の天体投影機がドーム中心から著しく離れるため、ドームスクリーン全面に渡って均等な像を投影することが困難で、ドームスクリーンの特定の範囲では運動が不自然になる。天体投影機をドーム球面の外に設置することも考えられるが、その場合は原理的に投影不能な死角が生じることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特公平６−５６５４１号公報
【特許文献２】特許第５２９５４１１号公報
【特許文献３】特開２０１４−２２４８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記説明から明らかなように従来の技術では以下のような問題があった。
（１）従来の光学式恒星投影機では、シャープで鮮明な星空を再現することができる。しかし、星空を構成する恒星の配置は固定され、恒星間飛行等のシーンを再現したり固有運動を再現したりすることはできない。またドーム中央部に投影機を設置しなければならず、本来もっとも観覧に適したスペースを占有してしまう。
（２）従来の惑星投影機は、任意の方向に惑星像を投影できる。しかし、惑星投影機もまたドーム中央部に投影機を設置しなければならず、客席として適したスペースを占有してしまっていた。
（３）ディジタルプラネタリウムでは、プロジェクタをドーム周辺部に置くことによりドーム内のスペースを有効活用することが可能である。しかし、投影される星像は鮮明さと輝度に欠け、リアルな星空を再現できるものではなかった。
【００１２】
（４）提案されている、所定の光度より明るい恒星のみを光学式投影機で投影する方法でも、光学式投影機で投影される星の配置は固定されており、恒星間における視点の星空を再現できる方法は開示されておらず、またドーム中心に専用投影機を設置しなければならなかった。
（５）従来の惑星投影機を用いて恒星を再現する方法や、単位光点を投影する投影装置によっても、投影機をドーム中心付近に設置した場合、ドーム中心付近のスペースを占有することになる問題があり、単位光点投影機をドーム周辺部分に設置した場合は、同一投影機で投影できる範囲に限り、ドーム全面にわたって正確な運行を再現できるものではなかった。
【００１３】
以上の各問題を解決するために複数の個別の天体投影機を用い、天体のドームスクリーン上の座標に応じてある個別の天体投影機の投影像を他の個別の天体投影機の投影像に切り替えて使用するシステム構成が考えられる。しかし、このような構成をとる場合には、切り替え動作に入る前に、ある個別の天体投影機の投影像を、他の個別の天体投影機の投影すべき像の位置に一致させてから切り替えなければならないため、切り替え時の位置合わせはきわめて正確である必要がある。もし、正確に位置合わせができなければ、切り替え時に星が二重に重なって見えたり、ジャンプするような不自然な挙動を起こしたりすることが予想される。個別の天体投影機による天体像の位置制御には、さまざまな校正を行なうことで精度を向上させることも可能だが、機械的誤差や経年的な変化もあり、これらを充分少なくしようとすると、投影機全体の剛性や機械精度をきわめて高いものにしなければならず、コストアップを招いてしまう。
【００１４】
本発明は、上記背景に基づき発案したものである。
すなわち、本発明の目的は、点状の天体像を投影可能で、２軸の自由度をもって広範囲の角度に投影像を投影可能な天体投影機を、投影可能範囲をお互いに補い合うようなレイアウトでドーム周辺に多数設置すると同時に、それらの天体投影機の投影可能範囲を跨いで天体が移動する際にはドームスクリーン上で然るべき位置とタイミングで割り当てる天体投影機に切り替えるように構成し、それぞれの天体投影機の内部に、小形カメラを常に自己の天体像付近を撮影可能な構成で組込み、この小形カメラによって切替対象となる他の天体投影機から投影された天体像を撮影し、切り替え時の誤差を測定してこれを補正することにより、切替時に発生するずれを予防し、スムーズで自然な投影機の切替を行い、任意の天体の移動をドームスクリーン上の全面にわたってスムーズ、かつ自然に再現することができる、天体投影機による投影像の位置合致システムを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、天体投影機による投影像の位置合致システムに用いられる天体投影機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記目的を達成するために本発明による請求項１記載の天体投影機による投影像の位置合致システムは、２軸以上の自由度を有し、コマンドにより駆動制御され、光源からの光の方向を変更制御する光点進路偏向機構を備え、前記光源からの光を、ドームスクリーン上の所定の座標に天体像として投影可能であって、前記光点進路偏向機構により前記ドームスクリーンに投影した天体像および該天体像の周辺を常に写野に収めるカメラを搭載した天体投影機と、前記カメラを用い、他の投影装置からドームスクリーン内に投影される天体像を撮像して、撮像画面上の他の投影装置から投影された天体像の位置を検出し、検出した位置を撮像画面上の所定の座標に一致させるように自己の天体投影機の光点進路偏向機構または他の投影装置の表示手段に対して補正をかけることにより、自己の天体投影機が投影する天体像と他の投影装置から投影される天体像の、ドームスクリーン上の座標を一致させる制御装置とを備えたことを特徴とする。
本発明による請求項２記載の天体投影機による投影像の位置合致システムは、請求項１記載の発明において、前記撮像画面上の所定の座標は、自己の天体投影機の投影像を撮像して得た座標であることを特徴とする。
本発明による請求項３記載の天体投影機による投影像の位置合致システムは、請求項１または２記載の発明において、前記自己の天体投影機の投影像と、他の投影装置から投影される投影像のドームスクリーン上の座標を一致させることにより、所定の天体をドームスクリーン上で投影する際に、自己の天体投影機の投影像と、他の投影装置による投影像を切り替えることを特徴とする。
本発明による請求項４記載の天体投影機による投影像の位置合致システムは、請求項１，２または３記載の発明において、前記光点進路偏向機構は、可動式の反射鏡を含むことを特徴とする。
本発明による請求項５記載の天体投影機による投影像の位置合致システムは、請求項１，２または３記載の発明において、前記光点進路偏向機構は、投影レンズの姿勢角を変える機構を含むことを特徴とする。
本発明による請求項６記載の天体投影機による投影像の位置合致システムは、請求項１，２，３，４または５記載の発明において、前記光点進路偏向機構の投影光路中に光を分岐する光分岐部材を挿入し、前記カメラは該光分岐部材を介して、自己の天体投影機の投影像およびその周辺を常に写野に収めることを特徴とする。
本発明による請求項７記載の天体投影機による投影像の位置合致システムは、請求項６記載の発明において、前記光分岐部材はハーフミラーまたは斜鏡であることを特徴とする。
本発明による請求項８記載の天体投影機による投影像の位置合致システムは、請求項５記載の発明において、前記カメラは、投影レンズの姿勢角を変える機構を構成する投影光学系に固定され、該投影光学系中の光を導く光路に光を分岐する光分岐部材を配置し、該光分岐部材によって前記カメラが自己の天体投影機の投影像およびその周辺を常に写野に収めることを特徴とする。
本発明による請求項９記載の天体投影機による投影像の位置合致システムは、請求項５記載の発明において、前記カメラは、投影レンズの姿勢角を変える機構を構成する投影光学系に固定され、該投影光学系とともに撮像するための向きを変えることを特徴とする。
本発明による請求項１０記載の天体投影機は、２軸以上の自由度を有し、コマンドにより駆動制御され、光源からの光の方向を変更制御する光点進路偏向機構を備え、前記光源からの光を、ドームスクリーン上の所定の座標に天体像として投影可能であって、前記光点進路偏向機構により前記ドームスクリーンに投影した天体像および該天体像の周辺を常に写野に収めるカメラを搭載したことを特徴とする。
本発明による請求項１１記載の天体投影機は、請求項１０記載の発明において、前記光点進路偏向機構は、投影筒から出射する光を通過させ、戻ってくる光を分岐するハーフミラーまたは斜鏡からなる光分岐部材と、前記光分岐部材を通過した光を反射しスクリーン等に投影する可動式反射鏡とを有し、前記可動式反射鏡で投影した光点像を、前記可動式反射鏡，前記光分岐部材を介して前記カメラに導く光路を備えたことを特徴とする。
本発明による請求項１２記載の天体投影機は、請求項１１記載の発明において、前記可動式反射鏡は２軸で角度を変更可能であり、角度変更により、自己の天体投影機で投影した光点像と他の天体投影装置で投影すべき光点像との投影位置を一致させるように前記可動式反射鏡を制御することを特徴とする。
本発明による請求項１３記載の天体投影機は、請求項１０記載の発明において、前記光点進路偏向機構は、光点を投影する投影筒を有し、前記投影筒を２軸で姿勢を変更可能であり、前記投影筒に、投影筒で投影した光点像を撮像するカメラを取付け、自己の天体投影機で投影した光点像と他の天体投影装置で投影すべき光点像との投影位置を一致させるように前記投影筒の向きを制御することを特徴とする。
本発明による請求項１４記載の天体投影機は、請求項１３記載の発明において、前記カメラの取付け構造は、前記投影筒の光路中に斜鏡を配置し、配置した斜鏡からの反射像を撮像するようにカメラを投影筒に固定することを特徴とする。
本発明による請求項１５記載の天体投影機は、請求項１３記載の発明において、前記カメラの取付け構造は、前記投影筒の光軸と同じ方向に撮像軸が一致するように投影筒にカメラを固定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
上記構成によれば、従来のプラネタリウムのように、星空のパターンを固定されることもなく、３次元の恒星間飛行や固有運動等も再現でき、明るい星を鮮明に表現することができる。恒星のみならず惑星の再現にも使うことができるので、在来形の恒星投影機のみならず惑星投影機もドーム中心付近に設置する必要はなく、ドーム内の空間を最大限に有効活用できる、高機能とリアルさを兼ね備え、より好条件で観客が観覧可能なプラネタリウムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１Ａ】本発明による投影像の位置合致システムに用いる個別天体投影機の実施の形態を示す図で、個別天体投影機の斜視図である。
【図１Ｂ】本発明における個別天体投影機の光がドームスクリーンに達する光路および、投影像がカメラに導かれる光路を説明するための図である。
【図１Ｃ】投影筒の構成を示す縦断面図である。
【図２】個別天体投影機をドーム内に設置した例を説明するための図で、ドームを側面から見た図である。
【図３】個別天体投影機でドームスクリーン上に恒星像を投影し、この恒星像をカメラで撮影した時の写野を示す図である。
【図４】２台の個別天体投影機からドームスクリーン上の近傍する位置に恒星像を投影した様子を示す図で、投影像の位置合致システムの実施の形態を示す図である。
【図５】２台の個別天体投影機により投影した２つの恒星像をカメラで撮影した時の写野を示す図である。
【図６】ドームスクリーン上の所定座標に天体像を投影し、自己の個別天体投影機のＱ軸およびＲ軸を一定角度移動させた時の、カメラ写野上の他の個別天体投影機が投影した天体像の移動量を示す図である。
【図７】ドームスクリーンに投影された天体像について他の個別天体投影機が投影した天体像と位置合わせをする処理の手順を説明するための図である。
【図８】２台の天体投影機を用いて日周運動などによりドームスクリーン上の位置を徐々に変えていく天体を切替投影する例を示す図である。
【図９】左図は各天体投影機で本来投影すべき座標に対し僅かに誤差が生じることを説明するための図、右図は天体投影機Ｂの撮像画面を示す図である。
【図１０】左図は天体投影機Ａにより投影された天体像が経路に沿って移動している状態を示す図、右図は天体投影機Ｂの撮像画面を示す図で、天体投影機Ｂによる天体像は消灯した状態を示している。
【図１１】左図は天体投影機Ａにより投影された天体像が境界線を越えて天体投影機Ｂの投影可能範囲に入った状態を示す図、右図は天体投影機Ｂの撮像画面を示す図で、天体投影機Ｂによる天体像は消灯した状態を示している。
【図１２】左図は天体投影機Ａにより投影された天体像と天体投影機Ｂにより投影された天体像が目標位置に向かって移動している状態を示す図、右図は天体投影機Ｂの撮像画面を示す図で、この撮像画面に天体投影機Ａで投影されている天体像が写り込んでいる状態を示している。
【図１３】左図は、天体投影機Ｂが天体の経路に追従して経路を移動する状態になったところを示す図、右図は天体投影機Ｂの撮像画面を示す図で、この撮像画面に天体投影機Ａで投影されている天体像が写り込んでいる状態を示している。
【図１４】左図は、誤差補正によって天体投影機Ｂの向きが天体投影機Ａにより投影されている天体像に近づいている状態を示す図、右図は天体投影機Ｂの撮像画面を示す図で、天体投影機Ａで投影されている天体像が基準点に近づいている状態を示している。
【図１５】左図は、天体投影機Ｂの向きが天体投影機Ａの向きに一致した状態を示す図、右図は天体投影機Ｂの撮像画面を示す図で、天体投影機Ａで投影されている天体像が基準点に一致している状態を示している。
【図１６】左図は天体投影機Ａの光源をオフし、天体投影機Ｂの光源をオンした状態を示す図、右図は天体投影機Ｂの撮像画面を示す図で、天体投影機Ａで投影されている天体像が消え、天体投影機Ｂで投影されている天体像が表示された状態を示している。
【図１７】左図は天体の位置が天体投影機Ａの投影可能範囲を脱した状態を示す図、右図は天体投影機Ｂの撮像画面を示す図で、天体投影機Ａが向く方向は境界線で停止し、天体投影機Ａによる天体像は写っていない状態を示している。
【図１８】天体投影機の光路中に小さな反射鏡（斜鏡）を置き、この反射鏡からの光を受光するようにカメラを取り付けた投影筒の実施の形態を示す図で、投影筒を一部断面で示した斜視図である。
【図１９】投影筒の光軸と同じ方向の光軸になるようにカメラを搭載した天体投影機の実施の形態を示す斜視図である。
【図２０】投影筒の前にハーフミラーの代わりに斜鏡を用いた本発明による投影像の位置合致システムに用いる個別天体投影機の実施の形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳しく説明する。
図１Ａは本発明による個別天体投影機の実施の形態を示す斜視図，図１Ｂは本発明における個別天体投影機の光がドームスクリーンに達する光路および、投影像がカメラに導かれる光路を説明するための図，図１Ｃは投影筒の構成を示す縦断面図である。
投影筒１が基板１３に立設された支柱１３ａに取り付けられている。投影筒１の光軸１７（図１Ｃ参照）は光点進路偏向機構１８の回転軸６と一致しており、投影筒１の向きは固定され、動くことはない。
投影筒１は、図１Ｃに示すように光軸１７上に光源ＬＥＤ１５，ピンホール原板１６，投影レンズ１４が配列された構造である。光源ＬＥＤ１５から出た光はピンホール原板１６のピンホールを経て投影レンズ１４に到達しハーフミラー２に入射する。
投影筒１には、構造によっては光源ＬＥＤ１５から発する光量をより効率的に集光するため、光路中にコンデンサレンズを挿入する構成とする場合もある。
【００１９】
基板１３に立設された支柱１３ｂには、ハーフミラー２が設けられている。ハーフミラー２は光軸１７に対し、４５度の傾斜角度で固定されている。投影筒１から出射する光は、ハーフミラー２で減光されて光量が落ちるが、光点を明るく表示するための光量は充分維持した状態で通過する。
基板１３に立設された支柱１３ｃには、Ｑ軸モータ８が取り付けられているとともに支柱１３ｃに対し回動可能なように回転軸６が取り付けられている。Ｑ軸モータ８の出力歯車８ａは回転軸６に固定された歯車７に噛合している。歯車７は、底部４ａ，支持部４ｂ，４ｃからなるコの字形状のフォーク４の底部４ａに固定されている。可動式反射鏡３の側辺３ａの対峙する位置に回転軸９，９（一方の回転軸は図示していない）が取り付けられ、回転軸９，９はフォーク４の支持部４ｂおよび４ｃに枢止され、回転軸９，９（Ｒ軸）を中心に可動式反射鏡３を回転可能にしている。支持部４ｃには歯車５が固定され、歯車５はＲ軸モータ（図示していない）の出力歯車（図示していない）に噛合している。Ｒ軸モータにはステッピングモータやロータリーエンコーダ内蔵のサーボモータが使われ、角位置が制御可能となっている。フォーク４は回転軸６（Ｑ軸）を中心にＱ軸モータ８によって歯車７を介して回転駆動され、Ｑ軸もまた、Ｒ軸同様に角位置制御が可能になっている。
【００２０】
この実施の形態では、光点進路偏向機構１８は、２軸以上の自由度を有し、コマンドにより駆動制御され、光源からの光の方向を変更制御する機能を有する部分で、基板１３，基板１３に立設された支柱，歯車５，７，回転軸６，９などの機構部材，Ｑ軸モータ８およびＲ軸モータならびに可動式反射鏡３を含む部分が組み込まれて構成されている。
一方、基板１３に立設されている支柱１３ｄには、カメラ１０が固定され、ハーフミラー２からの投影像の反射像が入射する光路とカメラのレンズの光軸が一致する姿勢になるように取り付けられている。
投影筒１を出た光束は、図１Ｂに示すようにハーフミラー２を通過した後、可動式反射鏡３によって反射され、ドームスクリーン１２に向けて出射される。これにより恒星状の点像を所定の距離を隔てたドームスクリーン１２に投影することができる。
ドームスクリーン１２上に投影された投影像１１は、可動式反射鏡３へ向かって光路を逆行し、ハーフミラー２で反射されてカメラ１０に導かれる。
【００２１】
カメラ１０は、可動式反射鏡３の姿勢角によらず、つまりスクリーンに投影した投影像の位置によらず、常に投影像を写野の中心に捕らえ、撮影することが可能となるように設定されている。
カメラ１０には望遠レンズが備わっており、スクリーン上の投影像の周辺およそ１度〜５度程度の狭い範囲のみを撮影可能となっている。カメラ１０の画角は狭いので、投影像の位置合わせを肉眼で違和感ない程度に行おうとした場合であっても、必要な解像度は低く、安価なカメラを使用することができる。
例えば、カメラの横方向の画角が２度であり、必要な分解能が０．５分角とすると、横方向の解像度は、２／（０．５／６０）＝２４０ pixelで足りることになる。
【００２２】
図２は、この個別天体投影機をドーム内に設置した例を示す側面図である。
ドームスクリーン２１の周辺部に、個別天体投影機２０が置かれ、ドームスクリーン２１の内面に恒星像２２が投影されている。
ドームスクリーン２１の曲率半径や、個別天体投影機２０の設置座標，姿勢角は既知であるから、然るべき幾何学的座標変換によって、投影像をドームスクリーン２１上の所定の座標に投影するよう、個別天体投影機２０のＱ軸、Ｒ軸を制御することが可能である。
これら投影座標の設定には、公知の分離独立式惑星投影機などで広く実現されている技術を応用することが可能である。
【００２３】
図３は、このような個別天体投影機を用いて、ドームスクリーン上に恒星像を投影し、カメラで撮影した時の写野を示す図である。
個別天体投影機自身が投影した恒星像３０がカメラ画面の中に写っている。
恒星像３０が写っている点を基準点と呼び、この座標を、ＲＸ，ＲＹとする。
カメラの光軸と投影光学系の光軸は殆ど一致しているため、恒星像のドームスクリーン上の位置によらず一定であり、ＲＸ，ＲＹは一定値を取る。言い換えると、一度、ＲＸ、ＲＹを取得して制御装置（コンピュータ）の記憶回路に記憶すれば、あとの投影の制御では個別天体投影機を再度分解しない限り、個別天体投影機は自己の投影像を投影することもなく、ＲＸ、ＲＹの値を取得できることになる。
【００２４】
図４は、個別天体投影機から投影した恒星像の近傍に、もう１台の個別天体投影機から恒星像を投影した様子を示す図である。
もう１台の個別天体投影機２３から、恒星像２４がドームスクリーン２１上に投影されている。この時の、個別天体投影機２０のカメラの写野を示したのが図５である。
自己の個別天体投影機２０で投影した恒星像（自己の恒星像）３０の近傍に個別天体投影機２３による恒星像（他の恒星像）３１が写野に投影されている。実際には一度、ＲＸ、ＲＹを取得すれば、２つの像を一致させるために自己の恒星像３０の投影を行う必要はない。自己の恒星像３０がなければ、他の恒星像３１の位置だけを画像処理で取得するのはさらに容易となる。
【００２５】
ここで自己の個別天体投影機で投影した投影像と他の個別天体投影機で投影した投影像との座標差を、ＳＸ、ＳＹとする。
この写野を撮像し、画像処理によってＲＸ、ＲＹ、ＳＸ、ＳＹの値を取得する方法は容易にできるため、その詳細な説明は省く。
プラネタリウムでは明暗膨大な数の恒星を投影し、写野にも写り込むことが予測されるが、実際には明るい恒星の数は僅かであり、特に個別天体投影機で投影する必要性の高い恒星はその中でも特に明るい限られた天体であるので、画像処理によって他の恒星像と鑑別することは容易である。
このＳＸ、ＳＹを求めることができれば、これを０となるように、自己または他の天体投影機のＱ軸、Ｒ軸の角度を修正すればよい。Ｑ軸，Ｒ軸の補正量を算出するには、幾何学的な座標変換によっても良いし、または設置調整に、実際にＱ軸，Ｒ軸を僅かに動かして、他の天体投影機からの投影像が写野でどの方向に動くかを確認して修正量を算出しても良い。
【００２６】
図６は、ドームスクリーン上の所定座標で天体像を投影した時、自己の天体投影機のＱ軸，Ｒ軸を一定角度（例えば１度）動かした時の、カメラ写野上での他の天体投影機の天体像の移動量を示したものである。
Ｑ軸のみを１度動かした時の他の天体投影機の天体像を３１Ｑ、Ｒ軸を１度動かした時の他の天体投影機の天体像を３１Ｒとする。
この座標移動量を、それぞれ、Ｑ軸を１度移動した時の移動量を（ｄｑｘ，ｄｑｙ）、Ｒ軸を１度移動した時の移動量を（ｄｒｘ，ｄｒｙ）とする。
すると、Ｑ軸の角度をｑ度移動した時の移動量はｑ倍となり、ｑ（ＤＱＸ，ＤＱＹ）と計算できる。また、Ｒ軸の角度をｒ度移動した時の移動量はｒ倍となり、ｒ（ＤＲＸ，ＤＲＹ）と計算できる。
【００２７】
つまり、実際の移動量（ＳＸ，ＳＹ）は両者のＸ成分、Ｙ成分の和となるので、
ＳＸ＝ｒ・ＤＲＸ＋ｑ・ＤＱＸ    ・・・（１）
ＳＹ＝ｒ・ＤＲＹ＋ｑ・ＤＱＹ    ・・・（２）
となる。
この連立方程式を解いて、ｑ，ｒを求めると、
ｑ＝(SY-(dry×SX)/drx)/((dqy+(-dry×dqx)/drx))      ・・・（３）
ｒ＝((SY-(dqy×SX)/dqx))/(((-dqy×drx)/dqx+dry))    ・・・（４）
として計算できる。
【００２８】
このように、ｄｑｘ，ｄｑｙ，ｄｒｘ，ｄｒｙの４値を補正パラメータとして、ＳＸ，ＳＹからＱ軸，Ｒ軸の誤差補正量を算出することができる。
この補正パラメータは、ドームスクリーン上の特定の座標での値に過ぎないので、実際にはドームスクリーン上のさまざまな座標でこの補正パラメータの値は変わってくる。
例えば、ドームスクリーン上の一定間隔で複数の座標で補正パラメータを測定してデータとして制御装置の記憶回路等に保管しておき、実際の運用時は補完計算で任意の座標での補正パラメータを算出して補正計算を行えばよい。１回の補正で残存誤差があっても、複数回繰り返すことにより、誤差の値を極めて小さくすることができる。
【００２９】
図７は、上記説明に従って、実際の位置合わせの手順を示したフローチャートである。
ステップを示す各ブロックには、そのステップで処理を行う対象となるカメラ，メモリ，・・・装置，サーボコントローラなどの名前が記載されているが、各ブロック自体は記載した名称の装置などに基づき処理や演算を行うことを意味するものである。
まず最初に、ドームスクリーン上の複数の点で、補正パラメータを取得し、補正パラメータメモリに格納する（ステップ（以下「Ｓ」という）１）。
補正パラメータを取得するには、天体投影機の向ける地平座標を座標変換装置により所定の角度に向けた後、他の天体投影機、またはディジタル映像などで、自己の天体投影機のカメラ写野に入るように天体像を投影し、これを固定した状態で、天体投影機のＱ軸，Ｒ軸の角度を一定値（たとえば１度）移動させ、その時の写野上のＸ座標、Ｙ座標の移動量を記録する。
これを複数の座標位置で行い、データマップ（補正パラメータメモリ）として格納し（Ｓ１）、任意の地平座標を与えられる（Ｓ３）と、補完演算（Ｓ２）によって任意の地平座標に対する補正パラメータを取得できるようにしておく。この補正パラメータを取得するのが補正パラメータ算出装置である（Ｓ２）。
これは設置時などに行えばよい作業で、通常運用で必要な作業ではない。
【００３０】
続いて上映中の２台の天体投影機の位置合わせ手順を説明する。
カメラを使って位置を補正する側の天体投影機を自投影機、位置を合わせられる側の天体投影機を他投影機とする。
天体を表示する地平座標は所定の位置天文計算で与えられる（Ｓ３）。
座標変換装置は、あらかじめ天体投影機の設置位置や姿勢角、ドーム曲率半径等の幾何学パラメータを元に、座標変換によって、地平座標をＱ軸、Ｒ軸の目標角度に変換し（Ｓ４）、サーボコントローラで実際にその角度にあうように制御する（Ｓ９）。
これを自投影機と他投影機で行い、実際にそれぞれＱ軸とＲ軸の制御をかけると、この状態で両者の投影像はドームスクリーン上の近くに並んで投影される。なお、自投影機の投影像はオフでも構わない。
【００３１】
ここで自投影機のカメラで撮像する（Ｓ５）と、他投影機による恒星像が撮像されるので、この映像を画像処理して誤差ＳＸ，ＳＹを取得する（Ｓ６）。
Ｓ３で示す地平座標を元に、補正パラメータ算出装置で補正パラメータを算出し（Ｓ２）、これとＳ６からのＳＸ，ＳＹを補正量算出装置に入力して、Ｑ軸，Ｒ軸の補正量を算出する（Ｓ７）。この補正量をサーボコントローラに入力するＱ軸、Ｒ軸の目標角に加算する（Ｓ８）ことにより、自投影機の投影像は他投影機の位置に合うように移動する（Ｓ９）。ここで誤差が残っても同一の手順を繰り返すことにより誤差をさらに小さくすることができる。
図７で説明したＳ３，Ｓ５を除くＳ１〜２，Ｓ４，Ｓ６〜９の各ステップで演算や処理を行う制御部分により構成される制御装置（コンピュータなど）は、ドームの周辺に設置される天体投影機とともにドーム周辺などに設置される。制御装置を構成する制御部分は制御装置に一体に組み込まれていなくてもよく、制御部分の一部が天体投影機に具備されていてもよい。
【００３２】
つぎに、本発明の位置合わせを用いて、ある天体を２台の天体投影機で切り替えて再現する場合の手順例を説明する。
図８は、２台の天体投影機を用いて、日周運動などによりドームスクリーン上の位置を徐々に変えていく天体を切替投影する例を説明するための図で、ドームスクリーンを、その一部を切り出した矩形の領域として図示している。
ドームスクリーンの矩形の領域は、領域Ａ，ＡＢおよびＢに分けられている。投影機Ａ（４９）は、領域Ａおよび境界線４１より左の領域ＡＢが投影可能範囲であり、この投影可能範囲内の任意の座標に天体を投影可能である。投影機Ｂ（５０）は、領域Ｂおよび境界線４０より右の領域ＡＢが投影可能範囲であり、この投影可能範囲内の任意の座標に天体を投影可能である。
ここで、投影すべき天体が、開始点４３から緩やかな円弧を描き（円弧経路４２）、終了点４４まで移動する場合を想定する。つまり、天体投影機が投影すべき、天体の目標座標がこの円弧経路４２に沿って移動し、これに追従して天体投影機の投影方向が移動すると考える。
【００３３】
天体投影機は、あらかじめ固定され、設置座標や姿勢角が測定され、然るべき校正がされているので、投影可能範囲内において、任意の地平座標に天体を投影可能な状態となっている。しかしながら、実際には天体投影機やドームスクリーンの経時的な変化など様々な誤差などがあって、本来投影すべき座標に対して僅かな誤差を生じてしまう。
図９はその誤差を説明するための図である。
本来投影すべき経路４２に対し、投影機Ａ（４９）で実際に投影される経路を４５，投影機Ｂ（５０）で実際に投影される経路を４６とする。経路４５と４６は図中では平行に描かれているが実際には平行であるとは限らない。
図９の右図は、投影機Ｂ（５０）のカメラの撮像画面を示したものである。この撮像画面４７上には、投影機Ｂの自己の投影像が写る基準点（ＲＸ，ＲＹ）が図示されている。
【００３４】
図９のような天体の動きを想定し図１０〜図１７を参照して天体の投影像の動きを時系列で説明する。
図１０の左図は、天体投影機Ａにより投影された天体像５１が経路に沿って移動している状態を示している。これは、移動する天体の座標を刻々と計算し、この目標値に対して天体投影機Ａの投影像の方向を制御することにより行われる。しかし、本来投影すべき座標よりスクリーン上でわずかな誤差が生じている。
左図の状態の時、天体投影機Ｂの投影可能範囲外であるから、天体投影機Ｂの天体像は全く別の場所にある。なお、区別のため、天体投影機ＡとＢの天体像は形を変えて図示しており、点灯状態は黒で塗りつぶし、消灯状態は輪郭のみ鎖線で示す。天体投影機Ｂのカメラの撮像画面５４では、基準点には自己の天体像（恒星像）５２があるが、この段階では消灯しているので何も写らない。消灯している恒星像を示す引き出し線は点線で示している。このカメラのレンズは望遠レンズであって、画面に入るのは自己の投影像の周辺の高々数度の範囲である。天体投影機Ａの星像は大きく離れた所にあるため天体投影機Ｂのカメラの撮像画面５４には写っていない。
【００３５】
図１１は、天体が移動し、境界線４０を越えて天体投影機Ｂの投影可能範囲に入った状態を示している。天体投影機Ｂが動きだし、投影像（天体像５２）の方向は天体の目標位置に向かう。
図１２は、さらに天体投影機Ｂの投影方向も天体像の目標位置にほぼ一致しながら移動している状態を示している。天体投影機Ａも同様に目標位置に追従して移動しているが、両投影機の間には機械的な誤差があるから、この時点では天体投影機Ａの投影像（天体像５１）と、天体投影機Ｂの投影像（天体像５２）の方向には誤差がある。しかしその誤差はせいぜい１度以下という小さな値であるので、天体投影機Ｂのカメラ撮像画面５４内には、天体投影機Ａで投影されている天体像５１が写り込んでいる。
【００３６】
図１３は、天体投影機Ｂが天体の経路に追従して経路を移動する状態になったところを示している。天体投影機Ｂの向きは、天体像５２の経路４６ａから経路４６に沿って移動し、天体投影機Ａのそれとは誤差がある。そのため、天体投影機Ｂの撮像画面５４上では、基準点とは離れたところに依然として天体投影機Ａの天体像５１が写っている。カメラの画像処理装置の画像処理によって、撮像画面５４上の天体像の位置と誤差が測定され、天体投影機Ｂの２軸に対する補正動作を開始する。
【００３７】
図１４は、誤差補正によって天体投影機Ｂの向きが移動して、天体像５２が天体投影機Ａの天体像５１に近づいていく様子を示している。天体投影機Ｂの撮像画面５４上でも天体投影機Ａの天体像５１が矢印５５に示す方向に移動し基準点に近づいていく。
図１５は、天体投影機Ｂの天体像５２が天体投影機Ａの天体像５１に一致した状態を示している。天体投影機Ｂの撮像画面５４上では、基準点に天体投影機Ａの天体像５１が写っている。以上により誤差修正は完了する。なお、位置の移動に伴い誤差は発生し得るので常に補正動作は続ける。
【００３８】
図１６は、天体投影機Ａの光源をオフし、天体投影機Ｂの光源をオンした状態を示している。正確に位置が一致しているので切替は目立たない。
瞬時に切り替えても良いし、一定の秒数をかけてクロスフェードしてもよい。
図１７は、天体の位置が天体投影機Ａの投影可能範囲を脱した状態を示している。
天体投影機Ａの向く方向は境界線４１で止まるが既に光源はオフしているので、天体像５１は写っていない。天体投影機Ｂの天体像５２が経路に沿って移動し続ける。
【００３９】
このような制御により、単一の天体を複数の天体投影機を用いて切り替えて投影する際にも、切り替え時のずれを防止し、スムーズな切替を実現することができる。
本発明による位置合致システムで投影像の位置を一致させ切り替えて天体の投影を再現できる対象は、恒星は勿論、惑星等も可能である。したがって恒星投影機のみならず惑星投影機もドーム中心に置かずにドーム周辺だけに設置することにより、本発明の目的を達成することができる。
【００４０】
図１８は、天体投影機の光路中に小さな反射鏡（斜鏡）を設置し、投影像付近を撮影可能にした投影筒の実施の形態を示す図である。
投影筒６４の光源ＬＥＤ６１から出射した光は、ピンホール６２，斜鏡６３の周囲を通り、投影レンズ６０によってドームスクリーンに投射される。このドームスクリーンに投影された投影像は、入射した光路を戻り、投影レンズ６０を逆方向に通過し、斜鏡６３で９０度方向に反射してカメラ１０に入射し撮像される。天体投影機の投影ユニットの方向によらずカメラの写野の特定の座標に投影像が写る構成である。
この投影筒６４は、図１Ａの構成からカメラ１０，ハーフミラー２を省略し、投影筒１と置き換えることにより、他の個別天体投影機を構成することができる。また、図１９のカメラ１０が搭載されている投影筒６５と置き換えることにより、さらに他の個別天体投影機を構成することができる。
【００４１】
図１９は、投影筒の向きをコントロールし投影筒にカメラを同架した天体投影機の実施の形態を示す斜視図である。
投影筒６５の上にカメラ１０が同架されている。カメラ１０を載せた投影筒６５が、固定スタンド７２により、水平回転軸７０、垂直回転軸７１を軸に回転制御可能なように保持されている。
固定スタンド７２の裏面に垂直回転軸７１を回動するためのモータ７５が取り付けられている。モータ７５の出力歯車７３は歯車７４に噛合し、歯車７４にはフレーム７６が固定されている。フレーム７６の端部には水平回転軸７０を回動するためのモータ７７が取り付けられている。モータ７７の出力歯車８１は歯車７９に噛合し、歯車７９にはカメラ１０と投影筒６５を取り付けるためのフレーム８２が固定されている。投影筒６５はフレーム８２にネジ止めされる円弧状の止め金具８３で把持され固定される。カメラ１０はフレーム８２の端部に固定される。投影筒６５の光軸８４とカメラ１０の光軸８５が平行になるように調整されてカメラ１０および投影筒６５が取り付けられている。
【００４２】
このように投影筒６５の光軸８４とカメラ１０の光軸８５は平行であるが、光軸間に距離があるため投影距離の変化によりわずかな視差が生じる。このため、ドームスクリーンの座標に応じて自己の投影像のカメラ写野上の位置がわずかに移動するが、この移動量は投影像と天体投影機の距離によって決まる。この距離は幾何学的計算によって算出できるので、投影像のドームスクリーン上の位置によらず、自己の投影像のカメラ写野上の位置を把握することは可能である。
この実施の形態ではモータ７５，７７，歯車７３，７４，７９，８１および回転スタンド，フレームなどの各機構部品ならびに投影筒６５を含む部分により光点進路偏向機構が形成されている。光点進路偏向機構はモータをコマンドにより駆動制御することにより投影筒を取り付けた機構部分の水平回転軸と垂直回転軸の２軸を制御して光源からの光の方向を変更制御するものである。
【００４３】
図２０は、投影筒の前に斜鏡を設けた天体投影機の実施の形態を示す図で、このような天体投影機を２台設置した例を示している。
図１Ａの個別天体投影機と類似する構成であり、投影筒１の前にハーフミラーの代わりに斜鏡８０を設けた点で異なっている。斜鏡８０はハーフミラーとほぼ同様の作用を呈する。
投影筒１からの光はハーフミラーとは異なり、斜鏡８０内を通過せず、斜鏡８０の周囲を通過して可動式反射鏡３に達する。斜鏡８０周辺の光束が通過する領域は、光が通過しない斜鏡８０が占める面積に比較し、非常に大きいため通過する光束の光量の減衰は殆どない。
【００４４】
以上、いくつかの投影光学系の実施の形態を示したが、投影筒の向きに追随してカメラの視野が移動することにより、カメラの解像度を上げることなく、自己の投影像付近のみを撮影可能にしたことが本発明の主旨である。したがって、これらを実現するための天体投影機は、上記実施の形態は勿論、以上挙げた以外の構成においても、投影筒とカメラが連動して自己の投影像付近を限定して撮影するカメラを使用したものは全て本発明の範疇に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
２以上の天体投影機をドームの周辺に設置し、ある天体投影機が投影する天体像が投影できないドームスクリーン位置に移動したとき他の投影装置が投影する天体像に正確に、かつ円滑に切り替えることができる天体の投影像の位置合致システムを採用したプラネタリウムである。
【符号の説明】
【００４６】
１，６４，６５  投影筒（投影光学系の一部）
２  ハーフミラー（光分岐部材）
３  可動式反射鏡
４  フォーク
５，７  歯車
６，９  回転軸
８  Ｑ軸モータ
１０  カメラ
１１  投影像
１２，２１  ドームスクリーン
１４，６０  投影レンズ
１５，６１  光源ＬＥＤ
１６  ピンホール原板
１７  光軸
１８  光点進路偏向機構
２０，２３  個別天体投影機
２２，２４，３０，３１  恒星像（天体像）
４０，４１  境界線
４２  円弧経路
４３  開始点
４４  終了点
４５，４６  経路
４７，５４  カメラ撮像画面
４８  撮像位置
４９  投影機（天体投影機）Ａ
５０  投影機（天体投影機）Ｂ
５１，５２  天体像
５５  矢印
６２  ピンホール
６３，８０  斜鏡（光分岐部材）
７０  水平回転軸
７１  垂直回転軸
７２  固定スタンド
【図１Ａ】
0006422187.tif 000002
【図１Ｂ】
0006422187.tif 000003
【図１Ｃ】
0006422187.tif 000004
【図２】
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【図３】
0006422187.tif 000006
【図４】
0006422187.tif 000007
【図５】
0006422187.tif 000008
【図６】
0006422187.tif 000009
【図７】
0006422187.tif 000010
【図８】
0006422187.tif 000011
【図９】
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【図１０】
0006422187.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
0006422187.tif 000015
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0006422187.tif 000019
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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