(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲面鏡と、星空に相当する投影原板を有するプロジェクタを用いて広角の星空を投影するプラネタリウム装置において、
前記曲面鏡は凸面鏡であって、
プロジェクタ内の投影原板の中心と当該プロジェクタの光軸を一致させて前記投影原板を前記プロジェクタの光軸を中心に回転させ、前記凸面鏡で反射させてスクリーンに投影される前記投影原板による星空を前記光軸に対応するスクリーン上の点を中心に回転させ日周運動のように運行させることを特徴とするプラネタリウム装置。
【請求項２】
請求項１記載のプラネタリウム装置において、
計算機によるＣＧもしくはビデオ装置で生成される映像を投影できるプロジェクタを複数並設するか、または別個のビデオ装置でそれぞれ生成される映像を光学系で合成する装置を設け、
前記複数のプロジェクタからの投射映像または合成された投射映像を前記凸面鏡で反射させ、前記投影原板による星空の映像と前記複数のプロジェクタからの投射映像または合成された投射映像をスクリーン上で重ね合わせて投影することを特徴とするプラネタリウム装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、学校施設、一般家庭などで用いられる、ドリームスクリーンもしくは部屋の天井、壁面などに星空および映像を投影するプラネタリウム装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
すでに公知となっているプラネタリウムは、半球状のドームスクリーンに恒星および惑星、太陽、月などの天体を投影し、その位置と運動を本物の夜空と同様に再現することが可能であり、天文教育用としてきわめて有用である。
しかしながら、娯楽，鑑賞用として考えた場合、必ずしも太陽や惑星などの天体の精密な再現は必要ではなく、美しい星空のみをドームスクリーンに投影できるだけで、娯楽、鑑賞の目的を達することができると考えられる。
【０００３】
また、たとえば、適度な広さの直方体の部屋などで星空を投影できれば、ドーム設備を必要とせず、一般家庭などで娯楽・鑑賞に供することができ、極めて有用であると考えられる。さらに、その際は、星空や太陽、惑星などの位置の厳密な再現ができなくても、娯楽・鑑賞の目的を損なうことはないと考えられる。
以下、種々の従来例を挙げてその欠点に言及する。
【０００４】
図８は、複数の投影レンズを用いた光学式プラネタリウムの従来例を示す図である。
光学式プラネタリウム４９は、星空を投影する際、単一のレンズでは全天の星空を投影することが難しいため、複数の投影レンズ５０ａ，５０ｂ・・・や投影原板を用いた恒星投影球５１を１つないし複数個（この例では２個）用いている。
【０００５】
図９は、単一の撮影レンズを用いた光学式プラネタリウムの従来例を示す図である。
この例は、星空の日周運行を表現するために、恒星投影球５２を、観測地の緯度に合わせて角度（ｑ）だけ傾斜させて保持しておき、予め設定された回転軸（Ｘ）を中心に回転させることにより、ドームスクリーンに映写された星空に日周運動を行わせるように構成されている。
【０００６】
図１０は、ブラウン管の映像を魚眼レンズで投影する従来装置の一例を、図１１は、液晶で表示される映像を魚眼レンズで投影する従来装置の一例をそれぞれ示す図である。
魚眼レンズ式プラネタリウムは、高輝度のＣＲＴディスプレイ５６に星空やその他の天体映像を表示しておき、これを魚眼レンズ５５を用いてドームスクリーンに星空や天体映像を投影し、プラネタリウムとしての機能を供するものである。また、図１１に示すようにＣＲＴディスプレイの代わりに、液晶素子５８の映像表示手段と、照明光学系（光源６１，コンデンサーレンズ５９，６０）を設置し、魚眼レンズ５７で同様にドームスクリーンに投影することができる。
【０００７】
つぎに上記光学式プラネタリウムと高輝度ＣＲＴディスプレイを有する魚眼レンズ式プラネタリウムを併設したものも存在し、これは、光学式プラネタリウムによるシャープでリアルな星空と、魚眼レンズ式プラネタリウムによる汎用性のある映像を組み合わせて、双方のメリットを生かしたものである。
【０００８】
図１２は、ピンホール式プラネタリウムの従来装置の一例を示す図である。
ピンホール式プラネタリウムは、星に相当する透過孔６２ａを多数有する球殻状の遮光部材で構成される恒星投影球６２の内部に、タングステンランプ、アークランプ等の点光源６３を有し、点光源から放射された光が透過孔６２ａを通してドームスクリーンに投影させることにより星空を再現している。
このピンボール式プラネタリウムの場合においても、光学式プラネタリウム同様に、恒星投影球を観測地の緯度（ｑ）だけ傾けて設置し、回転軸Ｙを中心に回転させることにより、星空の日周運動を再現している。
【０００９】
図１３は、プロジェクタの投影を凸面鏡で行う従来の広角投影装置を示す図である。
これは、ビテオプロジェクタ５３と曲面鏡５４により反射されつつ画角を広げ、ドームスクリーンの広い範囲に映像を投影することができる広角投影方法である（実用新案登録３０５３０８９号）。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
以上挙げた各従来例はそれぞれ次のような問題点を有している。すなわち、光学式プラネタリウムでは、恒星投影球に複数の投影レンズおよび投影原板を用いるため、構造が複雑になり、製造および調整コストが高くなる問題点があった。また、恒星投影球を傾斜させ、なおかつ回転させるための駆動機構を必要とし、装置の重量、サイズの増大、構造の複雑さ、製造および調整コストが高くなる問題点があった。
さらに、恒星投影球の内部に含まれる光源に電源を供給するためのスリップリング機構による送電手段を必要とし、接点が磨耗しやすく、またメンテナンスを要するなどの問題点があった。
さらには、星空を複数面に分割して投影するため、これを予め設定された径のドームスクリーン以外の空間、たとえば四角い部屋などで使用すると、分割境界線を挟んだ星野にずれが生じ、見た目の不自然さや、星座の歪みなどを生じて、投影された星空が見た目に著しく不自然になる問題点があった。
【００１１】
つぎにピンホール式プラネタリウムでは、発光部のサイズがゼロの完全な点光源を得ることは難しく、また回折効果の影響のため、投影された星像はシャープさに欠けるものとなり、美しくリアルな星空を再現できない問題点があった。
また、魚眼レンズ式プラネタリウムおよび映像投影装置では、広角に投影するための魚眼レンズが高価であり、また重量、形状もかさむ問題点があった。
そして、星空をＣＲＴディスプレイ、液晶プロジェクタなどで再現するため、解像度に制約があり、星像のシャープさ、リアルさが光学式プラネタリウムによるものに比べて著しく劣る問題点があった。
【００１２】
さらに、光学式プラネタリウム，ピンホール式プラネタリウム，魚眼レンズ式プラネタリウムおよび映像投影装置は、ドームスクリーンあるいは部屋の中心、もしくは中心付近に設置する必要があり、投影装置がじゃまになる問題点があった。
また、曲面鏡とビデオプロジェクタを用いた広角投影方法では、ビデオプロジェクタを用いるため、解像度に制約を生じ、魚眼レンズ式プラネタリウムおよび映像投影装置と同様、シャープでリアルな星空を投影できない問題点があった。
【００１３】
本発明は、以上の従来技術の問題点を解決するもので、その目的は、星空および映像を広角に投影し、臨場感ある星空を得るのみならず、日周運動も再現することができる小型かつ低コストのプラネタリウム装置を提供することにある。
さらに本発明の他の目的は、ビデオプロジェクタを組み合わせて用いることで、星空にのみならず映像も広角に投影し、星空と映像とを重ねて投影することを可能にしたプラネタリウム装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明によるプラネタリウム装置は、曲面鏡と、星空に相当する投影原板を有するプロジェクタを用いて広角の星空を投影するプラネタリウム装置において、
前記曲面鏡は凸面鏡であって、プロジェクタ内の投影原板の中心と当該プロジェクタの光軸を一致させて前記投影原板を前記プロジェクタの光軸を中心に回転させ、前記凸面鏡で反射させてスクリーンに投影される前記投影原板による星空を前記光軸に対応するスクリーン上の点を中心に回転させ日周運動のように運行させる構成とする。
また、本発明は、請求項１記載のプラネタリウム装置において、計算機によるＣＧもしくはビデオ装置で生成される映像を投影できるプロジェクタを複数並設するか、または別個のビデオ装置でそれぞれ生成される映像を光学系で合成する装置を設け、前記複数のプロジェクタからの投射映像または合成された投射映像を前記凸面鏡で反射させ、前記投影原板による星空の映像と前記複数のプロジェクタからの投射映像または合成された投射映像をスクリーン上で重ね合わせて投影する構成とする。
【００１５】
【作用】
上記構成によれば、小型、かつローコストの装置により、星空および任意映像を映し出せるのみならず、真球面のドームスクリーンを用いなくとも、自然につながった一様の星空や映像を投影することができる。さらに、映写装置は、従来のプラネタリウム投影装置のようにドームスクリーンあるいは部屋の中心ではなく、端に近い位置に設置できるので、映写装置が邪魔になることはない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明によるプラネタリウム装置の実施の形態を示す図で、回転星野プロジェクタの構成を示す斜視図である。
映写原板４は、遮光性を持つ薄板に、本物の星を見立てた透過孔４ａが多数開けられている。この映写原板４は、中空軸受５によって光軸１２を中心に回転可能な状態で保持されており、外周部に歯車６が設けられている。歯車６は、歯車１０，９を介してモータ７の出力軸に接続され、モータ７の回転駆動力は歯車６に伝達される。
【００１７】
キセノンランプ１を出た光は、コンデンサーレンズ２，３を通して映写原板４を照明する。映写原板４の透過孔４ａを通った光は、投影レンズ１１によって外部に投射される。このような構成において、モータ７を回転させると、映写原板４が回転するので、投影される星空も回転することは容易に推察される。
【００１８】
図２は、図１の回転星野プロジェクタが投影する方向を説明するための図である。本図は、回転星野プロジェクタ１３と凸面鏡１４を用いたプラネタリウム投影装置の構成例を示している。回転星野プロジェクタ１３は、ある画角Ａをもって凸面鏡１４に投影光を当てる。凸面鏡１４により反射した光は、回転星野プロジェクタ１３と凸面鏡１４の位置関係および曲面鏡１４の曲率によって決まる画角Ｂでドームスクリーンに投影される。ここで光軸１２上を通る光束１ａは、凸面鏡１４上のポイント２ａで反射され、反射光束３ａとなる。この反射光束が床面に対して持つ角度をＣとする。凸面鏡１４上のポイント２ａは、回転星野プロジェクタ１３内の映写原板を回転させても位置が変化しないので、反射光束３ａも変化しない。
【００１９】
一方、光軸１２からずれた光束１ｂは、曲面鏡上のポイント２ｂで反射され、反射光束３ｂも変化しない。一方、光軸１２からずれた光束１ｂは、凸面鏡１３上のポイント２ｂで反射され、反射光束３ｂとなる。映写原板４の回転により光束１ｂの向きが変化するため、ポイント２ｂの位置も変化し、結果的に反射光束３ｂの向きも変化することになる。映写原板４の運動が回転運動であるため、すべての反射光束は、光束１ａを中心とした回転運動となることは容易に推測できる。
【００２０】
図３は、回転星野プロジェクタでドームスクリーンに投影した状態を示す図である。図４は、図３のドームスクリーンを下から見た図である。
回転星野プロジェクタ１３から投影された光束は凸面鏡１４で反射され、ドームスクリーン１５の広い範囲に投影される。ここで光束３ａがドームスクリーン１５に交差する点をポイント４ａとする。
【００２１】
このドームスクリーンを、頂点１６を中心に真下から見たものが図４である。このドームスクリーン上で、映写原板４に含まれる多くの星がドームスクリーン１５上に投影されるが、これらすべての星はポイント４ａを中心に回転運動することになる。したがって、映写原板４の中心に天の北極をおき、その周囲に恒星を配置すれば、あたかも、本物の夜空で見られる日周運動と極めてよく似た星空の運動がドームスクリーン１５上で再現されることになる。
この実施の形態において、反射光束３ａの床面となす角Ｃの角度を、その地点の緯度の地点における星空を再現することができる。また、映写原板を天の南極を中心にしたものに替えることで、南半球における星空の運行も再現することができる。
【００２２】
図５は、本発明の他の実施の形態を示す図で、回転星野プロジェクタとビデオプロジェクタを併設して画像を重ね合わせて投影する状態を示している。
この実施の形態は、回転星野プロジェクタと請求項２で示すビデオプロジェクタとを併用して星空とビデオ映像の双方を投影できるハイブリッドプラネタリウムの例である。
回転星野プロジェクタ１３の横に近接してビデオプロジェクタ１８を配置し、共に凸面鏡１９に投影光束を当てるように構成すると、回転星野プロジェクタ１３による星空と、ビデオプロジェクタ１８による映像が重ね合わされてドームスクリーンに映し出される。恒星以外の太陽、惑星、月、流星などの天体はもちろん、朝焼け、夕焼け、風景、雲などをビデオプロジェクタで映写する。したがってビデオプロジェクタ１８による映像と、回転星野プロジェクタ１３による星空はともに連動して制御されることにより、星空と映像が連動し、演出効果を高めることができる。
【００２３】
図６は、図５のシステム構成を示すブロック図である。
コンピュータ２０の制御により、グラフィックコントローラ２１が映像を生成し、ビデオプロジェクタ２２に送る。一方、これと連動してサーボコントローラ２３、サーボドライバ２４を介してモータ２５を駆動する。
【００２４】
図７は、回転星野プロジェクタとビデオプロジェクタの映像を光学的に合成する撮影レンズの例を示す図である。
映像光源３０を出た光速は、コンデンサーレンズ３１，３２，液晶素子３３を通り、ハーフミラー３６を通過し投影レンズ３４により投影される。
一方、恒星光源４０を出た光は、コンデンサーレンズ３８，３９，投影原板３７を通り、ハーフミラー３６で反射されて投影レンズ３４により投影される。この結果、星空とビデオ映像が重なり合い、ドームスクリーンに投影される。
本実施例では、曲面鏡は凸球面を有するものとしたが、実際には球面に限らず、楕円面、放物面その他如何なる形状の曲面であっても良いことは勿論である。また、投影する対象をドームスクリーンとしたが、適度な反射率を有する壁および天井を備えた通常の直方体状の部屋であってもよいのは勿論である。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されているので、次に示す特有の効果を奏する。
(1) 単一の投影原板を用いて、広画角の星空を投影することができ、複数の投影面を有する従来の光学式プラネタリウムに比べて、装置のシンプル化, 低コスト化を実現することができる。
(2) 広い範囲にわたりフラットな配光分布をもつ光源を必要とした従来の光学式プラネタリウムと異なり、本発明では、光源か、光束を取出すのは一方向のみでよく、液晶プロジェクタ用などに生産されているミラー付ランプなどを使用することができる。また、日周運動を行ってもランプの姿勢角が変わらないため、取付姿勢角が制限された光源も使用することができる。例えば、効率がよく演色性に優れ、輝度の高いメタルハライドアークランプや、キセノンランプなどを容易に使用することができる。高輝度の光源を選定することにより、投影レンズの口径を小さなものにすることができ、映像の焦点深度も深くなるため、設置の調整がラフであったり、直方体の部屋で用いた場合でも、ピントのぼけを少なくしたりすることができる。
(3) 魚眼レンズを用いた従来のプラネタリウムおよび映像投影装置と異なり、高価で重量のかさばる魚眼レンズを必要とせず、安価な標準画角レンズと曲面鏡を用いるだけでよいので、装置の軽量化、低コスト化を実現することができる。
(4) ピンホール式による従来のプラネタリウムと異なり、すべての恒星の投影にレンズ系を使用するので、投影される星像はシャープであり、リアルな星空を再現することができる。
(5) 単一の曲面鏡を用いて複数の映像を投影することができるので、従来は複数の装置を必要としたハイブリッドプラネタリウムを、単一の装置で実現することができ、高機能の装置を低コスト、コンパクトな装置で実現することができる。
投影装置を、ドームスクリーンもしくは部屋の端近くに設置することができるので、投影装置が邪魔にならず、特に一般住宅での利用においては、設置がしやすいなどの効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるプラネタリウム装置の実施の形態を示す図で、回転星野プロジェクタの構成を示す斜視図である。
【図２】図１の回転星野プロジェクタが投影する方向を説明するための図である。
【図３】回転星野プロジェクタでドームスクリーンに投影した状態を示す図である。
【図４】図３のドームスクリーンを下から見た図である。
【図５】本発明の他の実施の形態を示す図で、回転星野プロジェクタとビデオプロジェクタを併設して画像を重ね合わせて投影する状態を示している。
【図６】図５のシステム構成を示すブロック図である。
【図７】回転星野プロジェクタとビデオプロジェクタの映像を光学的に合成する撮影レンズの例を示す図である。
【図８】複数の投影レンズを用いた光学式プラネタリウムの従来例を示す図である。
【図９】単一の撮影レンズを用いた光学式プラネタリウムの従来例を示す図である。
【図１０】ブラウン管の映像を魚眼レンズで投影する従来装置の一例を示す図である。
【図１１】液晶で表示される映像を魚眼レンズで投影する従来装置の一例を示す図である。
【図１２】ピンホール式プラネタリウムの従来装置の一例を示す図である。
【図１３】プロジェクタの投影を凸面鏡で行う従来の広角投影装置を示す図である。
【符号の説明】
１  キセノンランプ
２，３，３１，３２，３８，３９，５９，６０  コンデンサーレンズ
４  映写原板（投影原板）
５  中心軸受
６，１０，２６  歯車
７，２５  モータ
８，９  ウォームギヤ
１１，３４  投影レンズ
１２  光軸
１３  回転星野プロジェクタ
１４，１９，３５，５４  凸面鏡
１５  ドームスクリーン
１６  頂点
１８，２２，５３  ビデオプロジェクタ
２０  コンピュータ
２１  グラフィックコントローラ
２３  サーボコントローラ
２４  サーボドライバ
３０  映像光源
３３，５８  液晶素子
３６  ハーフミラー
３７  投影原板
４０  恒星光源
５２，６２  恒星投影球
５５，５７  魚眼レンズ
５６  ＣＲＴ
６１，６３  光源
【図１】
0004017882.tif 000002
【図２】
0004017882.tif 000003
【図３】
0004017882.tif 000004
【図４】
0004017882.tif 000005
【図５】
0004017882.tif 000006
【図６】
0004017882.tif 000007
【図７】
0004017882.tif 000008
【図８】
0004017882.tif 000009
【図９】
0004017882.tif 000010
【図１０】
0004017882.tif 000011
【図１１】
0004017882.tif 000012
【図１２】
0004017882.tif 000013
【図１３】
0004017882.tif 000014