(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部が球形に形成された投影面（５２）上に画像内容を映し出すために複数の投影機（５０、５１、５４、５６）を備えたドーム投影装置であって、各投影機（５０、５１、５４、５６）が、部分画像によって投影面（５２）を構成する複数の部分面（５８、６０）のうちの少なくとも１つを照射するように配置され、前記投影機（５１、５４、５６）に対して光源（１２）と偏向ユニット（４０）とが設けられ、光源（１２）から放射された光束（１０）が投影機によって画像内容を映し出すために照射されるべき部分に導かれる装置において、前記投影機（５１、５４、５６）の偏向ユニット（４０）を構成する走査ユニットによって光束（１０）が、複数の画素を備えた複数の走査線で、照射されるべき部分面（５８、６０）に導かれ得るとともに、光源（１２）に接続された光度制御ユニット（６４）により部分画像（５８、６０）映写用の個々の画素の照度が制御され、前記投影機がドームの中心に配置され、かつ星空を投影するためのスターボール（５０）であることを特徴とする装置。
【請求項２】
同心的にスターボール（５０）の周辺に、光源（１２）、走査ユニット（４０）及び光度制御ユニットを有する複数の投影機（５４、５６）の走査ユニット（４０）が配置されており、該走査ユニットが、２辺でドーム（５２）の大円及び平行円の境界をなしている多数の多角部分面が照射することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
走査ユニット（４０）を備えた複数の投影機が複数の部分面（５８、６０）を照射し、前記投影機のうちの少なくとも１つの投影機（５４、５６）が少なくとも１つの走査ユニット（４０）が前記投影機（５４、５６）によって照射されるべき部分面（５８、６０）よりも大きな投影面領域を照射し、光源（１２）が照射されるべき部分面（５８、６０）の外側の領域にて走査時に、光度制御ユニット（６４）は光源（１２）を帰線消去することと、を特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
走査ユニット（４０）と光源（１２）との間に光ファイバ（３６）を設けるとともに運動ユニット（６６）を設け、該運動ユニットが走査ユニット（４０）を光源（１２）から独立して動作させることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記制御ユニット（６４）は運動ユニット（６６）を制御して、投影機（５１）によって照射される部分画像についてプログラミングされた運動シーケンス進行を実行させることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記投影面（５２）上における部分画像（５８、６０）の運動は、プログラミングされた運動シーケンスに基づいて大円で又は理論的に計算された惑星軌道で行われることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
走査ユニット（４０）に取り付けられた投影機（５１、５４、５６）の光源（１２）は、部分画像（５８、６０）をカラー映写するために、少なくとも３つの異なる波長を含む光束（１０）を放射することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
光源（１２）が、少なくとも３つの異なる波長を含む光束（１０）を有する光を放射するために前記波長の各々に対して１つずつのレーザ（２０、２２、２４）を有しており、各レーザが部分面（５８、６０）の異なる画素のための光束（１０）の色を制御することのできる光度制御用制御ユニット（６４）に接続されていることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は、少なくとも部分的に球形に形成された投影面に画像内容を映し出す複数の投影機を備えたドーム投影装置に関する。その際に各投影機は、投影面の少なくとも１つの部分面を部分画像で照射するように配置されているとともに、投影機のうちの少なくとも１つに対して光源と偏向装置とが設けられ、画像内容を映し出すために光源から放射された光束は、照射されるべき部分へと投影機によって導かれる。
この種の装置は、ミュンヘンの「技術フォーラム」におけるプラネタリウムから公知である。そこでは投影機の１つが、半球形空間の中心に配置されたスターボールであり、このスターボールによってドームに恒星が投影される。他の投影機は、例えば惑星や星画像のような補助情報を映し出すために用いられる。さらに投影機も光源を設けており、これらの投影機においては、光源から発せられた光束が急速にドームの部分へと偏向される。これらの投影機によって、特にステレオ画像を映写するためプラネタリウムのショーに使用されるベクトルグラフィックスが生成される。
このようなプラネタリウム装備によって、今すでに試験段階において例えば技術フォーラムでの「宇宙の夢」のような簡単なショープログラムによって大勢の観衆を引きつける光や音のショーのための全く新しい媒体が得られる。
カラービデオ表示用の光束による画像形成は、フンクシャウ（Funkschau）誌、１９７０年、第４号、９６頁から公知である。そこではカラー画像表示のために異なる波長の３つのレーザ光線が束光されて１つの光線に統合される。統合された光線は引き続いてミラーユニット類を用いスクリーンを介して表示されるべき画像の画素を逐次照射するために走査される。したがって画像は、テレビ受像管のスクリーンの場合に似ているが、ただし電子ビームではなくて光束によって生成される。
ルードビッヒ・マイヤー（Ludwig Meier）による著作「地上の天空、プラネタリウムの世界」、ヨハン・アンブロシウス・バース（Johann M. Ambrosius Barth）出版社、ライプチヒ-ハイデルベルク、１９９２年、７１頁では、すでに１９７２年にこの種の走査技術で作動されたザイテル・レーザー・システム・リミテッド（Zytel Laser Systems Ltd.）社（ヴィニペグ市）のレーザプラネタリウムが述べられている。このプラネタリウムにおいては、レーザがコンピュータを用いて制御された。その際に各色に対するレーザ光線は、小型ミラーによって偏向された。さらに、ミラーを通って到達する角度領域を有する魚眼レンズが設けられていたので、プラネタリウムドーム全体を走査しながらカバーすることが可能であった。
しかしながらプラネタリウムドームを走査光束でカバーするというこの最初の試みは断念された。その理由は、ドームでの７千５百万ピクセルの要求解像度及び個々の星の明度切り替えのため１秒あたり２５回のオーバーラップにおいてギガヘルツ帯域の高周波が必要だからである。それに関連する技術的問題は、物理的可能性の限界のために解決できなかった。したがって今日レーザ応用では、ショー利用のためのベクトルグラフィックスのみに限定されてきた。
この目的のためには、例えばドイツ特許公開第４１２５２４１号で述べられたようなベクトルグラフィックス立体表示用レーザ投影機がある。この刊行物では、例えばビデオ画像の表示に対するような他の画像表示はレーザによって可能でないことが記述されている。その理由は、これらの画像表示が、画像あたりの画像面の各点の一回限りの照射による平面的画像表示から出発するからである。
この特許出願は、１９９１年７月２６日に提出された。すなわち、プラネタリウムドームのような大空間での走査画像表示に対しては、先に挙げた従来技術に関して７０年代から２０年以上もなんら進歩がみられなかったのである。
現在のところ画像投影において実質的に困難であるのは、十分に高い照度を生成することである。同じ大きさの観客席空間では、投影によってカバーされるべき半球面は、例えば通常の映画スクリーンよりも実質的に大きい。したがってフィルムの通常投影方法においてドームに画像を映写する場合には、全体画像を構成する互いに境界を接した個々のスクリーン部分の別々の投影で行わざるを得ない。それにもかかわらずこの種の映写方法では、放射光度が大きくそれに関連して熱負荷が大きいので、使用すべきフィルムは非常に大判である。取り扱いの難しい大型フィルムサイズにもかかわらず、今日使用されるドーム投影機では常に高い冷却コストが必要である。
したがってこの種の投影は、プラネタリウムでもまた例えば２時間映画上演用映画技術でも、妥当な値段で短い映画作品が提供されるに過ぎない祭りでの投影装置のような特殊なケースを別にすれば、これまでなんら解決の糸口を見いださなかった。
多数の部分画像を用いた映写は、ドーム投影において球面を複数の画像部分に分割する場合に幾何学的理由から問題を投げかける。平坦な画像は、湾曲表面にゆがむことなく映し出すことができない。そのほかに部分画像の投影時には、例えば投影画像が直線縁部領域によって境をなしている場合には常に重なり領域がある。これらの問題は、幾何学的理由から避けられない幾何学的ゆがみを補償するために投影画像が例えばフィルム自体の上でゆがんで表示されることによって解決される。その際に重なり領域の画像内容は切り離される。
この技術のためには、ドーム投影用に特殊処理したフィルムが必要である。これは、同様に大きなコスト要因であり、そのためドームにおけるフィルム映写の商業的利用はこれまで制限されてきた。
すでに挙げた「地上の天空、プラネタリウムの世界」では、６５〜６７頁にドーム投影が記述されており、そこではドームの面が、唯一のフィルムの投影によって満たされる。部分球形スクリーンの照射のためには魚眼レンズが使用される。それでもこの種の投影によって、画像縁部での克服できないゆがみが生ずる。１２０００ワットのアークランプによるフィルムの高い熱負荷を受けるので、大判７０mmフィルムの冷却装置を設けねばならない。そのほかに走行時間３０分のフィルムの特殊製造は、数百万米ドル範囲でのコストを意味する。
主要投影画像のゆがみをコスト的に有利に解決するために、この書籍の７０頁以下でさらに詳しく説明されるコンピュータを用いた画像形成の提案がある。例えば、７１〜７５頁には、星が電子的に制御されて受像管に表示されるプラネタリウムが記載されている。この種のシステムによって同じ方法で映写フィルムもドームに投影することは可能であろうが、しかしながら魚眼レンズを介して映写フィルムを再び幾何学的に正しくドームに写像することのできるように画像をゆがめるための今日のコンピュータ性能はこれまで不十分である。さらに直径が数メートルの大きなドームに対しては照度が十分ではない。
この書籍の７０〜７１頁には、すでに述べたようにこれに関して電子ビーム管を用いた例におけるのと類似してレーザを用いて走査により画像を湾曲スクリーンに映し出すことが提案される。この方向での試みもまた商業的成功に至ることはなかった。これは、わずかな使用可能レーザ出力、スクリーン上での必要な速い書込み速度並びにこれから光度制御のための通常スイッチング速度を顧慮して得られる劣った解像度に起因している。
これに対して一層小さな部分球面については、この種のレーザ装置が米国特許第４２９７７２３号から公知である。この場合に画像は、部分球面スクリーン上に３つの分離部分で走査によって写像される。３つの部分画像によって照射される画像部分での画像を映し出すために、ミラーシステムを用いて３つの光束が統合され、レンズ系を用いてすべての部分画像に共通な走査ユニットへ向けられ、次に他のレンズ系によって再び分離され、引き続いて補助拡大レンズ系を用いて個々の画像部分になるようスクリーン上に偏向される。補助拡大レンズ系は、ここでももっぱら最高で３つの部分面を所望の画像内容で満たすことのできるように配置したミラー類から成っている。これは、プラネタリウムドームを完全にカバーするには十分でない。
プラネタリウムにおける他の投影は、透明陽画原理に基づいた特殊投影によって行われる。特にそれについてはプラネタリウムで使用される公知の惑星投影機が挙げられる。これらの投影機では、様々な惑星運動を映し出すために又は月相を示すために特殊メカニズムを必要とする。天体現象の映写を自然にしようとすればするほど、使用すべきメカニズムがそれだけコスト高になる。例えば、地平線での月の視拡大を映写するためには補助ズームレンズ系が必要である。さらに惑星画像の軌道制御運動の間にドームに対する対物レンズの距離が異なる場合には焦点合わせを自動制御するためのメカニズムが必要とされる。
これらの例は、この種の投影機類が非常に高価であるとともにそれらのためにプログラミング自在の画像内容を備えた投影機が望まれるであろうことを示している。前記電子ビーム画像によって得られる現在のプラネタリウム投影の従来技術においては、月や惑星画像のような動く画像を従属制御するメカニズムが依然として必要である。投影機が中心の外側にある場合には、ドーム上に画像を動かすときにドームに対する距離が異なることに基づいて焦点深度も常に従属制御しなければならない。殆ど平行な光束を有するレーザ投影機にはこの欠点がないが、しかしながらそれらの現在の使用分野は、すでに述べたようにとりわけベクトルグラフィックスの領域に限られている。しかしそれによって惑星相や月相の画像は全く映し出されない。
本発明の課題は、投影技術に関して従来のプラネタリウムよりも実質的に構造が簡単であるとともに機械的装置類の必要が一層わずかでありそれにもかかわらずベクトルグラフィックスよりも実質的に高い画像品質が得られる装置を提供することである。
この課題は、冒頭に挙げた従来技術から出発して、少なくとも１つの投影機の偏向ユニットが走査ユニットとして形成され、この走査ユニットによって光束が、複数の画素を備えた複数の走査線で、照射されるべき部分面上に導かれ得るとともに、光源が光度制御ユニットに接続されており、これによって部分画像表示用の個々の画素が適切な照度で照射自在であることによって解決される。
したがって本発明によれば、１９７０年以来すでにテレビ技術から公知であるようなレーザ投影機が使用される。しかしながらドーム投影の、特にプラネタリウムにおけるドーム投影の開発は、これまでこの種の投影機の使用には至らなかった。その代わりに開発は他の経過をたどって、プラネタリウムでのレーザ投影機をベクトルグラフィックスのためだけに使用するようになった。したがって従来の開発では成果が得られなかった。その理由は、ドーム全体を走査ユニットで照射することに力点が置かれたからである。しかしこのことは、これに起因し解像度がわずかであることによって失敗すべき運命にあった。つまり、特に当時は星空自体をレーザによって映写するような試みが行われたが、これは実物どおりの像に対する極度に高い解像度を必要とするのである。
米国特許第４２９７７２３号から公知のレーザ投影機は飛行シミュレーションにのみ適しており、このレーザ投影機によって所定面領域の画像が表示可能であるに過ぎない。本発明がこれと異なるのは、各光源に対する個々の独自偏向ユニットを有する複数の投影機を設けていることである。これらの投影機の各々は、１つの部分面のみを照射する。したがって、大きな画像内容を表示するための実質的に一層高い柔軟性が、複数の投影機の組み合わせによって得られる。これらの複数投影機の組み合わせによって、原理的にはドーム全体さえも画像内容で満たされる。その際にはドームが部分面に分割され、これらの部分面の各々に、個別に走査するレーザ投影機が割り当てられる。
こうして投影機の数が適切であれば、原理的にはそれに応じた星空の写像に対する良好な解像度も得られるであろう。
しかしこれに対して、レーザ投影機でのこの高い解像度を断念し本発明の好適な他の形態に従って星空投影用のスターボールを設けるならば、コストはさらに低減される。
例えば「技術フォーラム」のプラネタリウムにおいても使用されるようなスターボールは、中央投影ユニットから成っており、そこでは多数のガラス繊維が、投影されるべき星の高い照度のために用いられる。その場合に走査レーザ投影機は、よりわずかな解像度を有し、補助画像内容をドームに映写するためのみに使用されてもよい。補助画像内容に含まれるのは、例えばパノラマの写像、惑星の映写、月及びその運動、日食、月食並びに類似の画像類である。
重なり領域を有する幾何学的問題は、同心的にスターボール周りに及びその周辺近くに又は少なくともそのいずれか一方に、光源、走査ユニット及び光度制御ユニットを有する複数の投影機の走査ユニットが配置されていることによって解決される。これらの走査ユニットによって、少なくとも２辺でドームの大円及び平行円又は少なくともそのいずれか一方のセグメントによって境界をなしている多数の多角部分面が照射自在である。それによって、例えばオレンジの皮むきをする場合の皮によって周知であるような部分面が照射される。
少なくとも２辺でドームの大円及び平行円のセグメントによって境界をなしている三角又は四角部分面は、例えば惑星運動、月相又は境界面領域で表示自在の類似事象を部分面の重なりなしで見えるようにするのに十分である。特に下方ドーム領域における町のパノラマは、平行円及び大円によってプラネタリウムの地平線で境界をなしている部分面を用いて再現可能である。
この重なりの問題は、本発明の有利な他の形態によれば、走査ユニットを備えたこれらの投影機のうちの複数の投影機によって複数の部分面が照射自在であることと、これらの投影機のうちの少なくとも１つの投影機が少なくとも１つの走査ユニットを有し、この走査ユニットによって、投影機によって照射されるべき部分面よりも大きな投影面の領域が照射自在であることと、照射されるべき部分面の外側の一層大きな領域での走査時に光源が光度制御ユニットを介して減光自在であり特に帰線消去自在であることとによって解決される。
重なり問題は、本発明の他の形態によれば次のようにして解決される。すなわち、ドーム又は部分ドームの面が覆われるようにカバーされる部分面よりも大きい走査領域は、これらの部分面の縁部が重なり領域で帰線消去されることによって境界がなされるのである。それによって、隣接配置され投影機によって照射される異なる部分面の完璧な接続が得られる。隙間が悪影響を与えないためには、照準規正に従って縁部を単に弱めること（ソフトエッジ原理）が推奨に価する。しかしその際に縁部領域での光度の和は、部分面の中心領域の光度に適合されている。
本発明のさらに他の好適な形態においては、走査ユニットと光源との間に光ファイバを設けるとともに運動ユニットを設け、この運動ユニットによって走査ユニットが光源から独立して可動である。
他の形態によれば、惑星投影機を非常に簡単に形成することができる。従来技術においては、非常に重い投影機を精密に動かさねばならなかった。本発明のこの形態では、軽量の走査ユニットが投影システムの残りの構成部品類から切り離される。この走査ユニットは、実質的に一層わずかなコストで動かされる。さらに被写界深度又は調整感度の問題が除去される。本発明のこの形態は、このようにしてとりわり惑星及び月投影機を簡単にする。
しかしながらこの形態は、互いに境界を接する部分面を照射するため複数の投影機を用いたドーム投影の形成にも有利である。その場合に運動ユニットは、ドーム照射の隙間のない重なりが可能となるようにするため境界を接する両部分面を互いに調整するのに使用することができる。
本発明のさらに他の好適な形態によれば、少なくとも２つの方向で独立した運動のための運動ユニットが設けられている。それによって惑星はドーム上を導かれる。そのためには、周知の球面座標に従って２つの角度運動で十分である。
さらに他の好適な形態によれば、運動ユニットは、少なくとも１つの投影機によって照射される部分画像の少なくとも１つのプログラミングされた運動進行のための制御ユニットによって制御自在である。プログラミング可能性においては、惑星運動が天体力学によって与えられている常に類似のパラメータ表示可能な機能進行に従うことが利用される。この種の諸機能に対するプログラミング可能性は、軌道パラメータのみが運動ユニットに伝達され次にこの運動ユニットが所望運動を自動的に進行させることによって、運動の制御処理からの制御ユニットの負担を軽くする。その場合には、例えば映写されるべき画像のひずみ補正演算のために制御ユニットがコンピュータであるか又は制御ユニットがその種のものを包含しているならば、補助演算時間は自由に使用可能である。
それに応じて本発明の好適な他の形態において、投影面上での部分画像の運動は、プログラミングされた運動進行に基づいて大円で又は理論計算された惑星軌道で実施できるようになっている。
すでに詳細に述べたように、レーザは光源として好適である。これらのレーザは、通常には主波長を具備した光束を放射する。これは、各種惑星に対し惑星の色に従って波長を選択する場合には一般的に問題がない。しかしながらこの色は、コスト低減のために簡単な方法でプログラミング自在となる。なぜならば、本発明の好適な形態に従って走査ユニットを装備した部分画像のカラー映写用の少なくとも１つの投影機の光源が、少なくとも３つの異なる波長を含む光束を有する光を放射するために制御自在である場合には、異なる惑星に対して同じ投影機が使用可能であるからである。
本発明のさらに他の好適な形態によれば、光源は、少なくとも３つの異なる波長を含む光束を有する光を放射するためにこれらの波長の各々に対して１つずつのレーザを有している。これらのレーザの各々は、部分面の異なる画素のための光束の色を制御することのできる光度制御用制御ユニットに接続されている。それによってカラー画像も映写される。例えば海面、雲及び大地を詳細に見えるようにした地球を大画像で投影することもできる。
さらに他の諸形態に従っても前記装置類は、プラネタリウムに対しドームの必要スペースに関して大きな利点を有している。プラネタリウムにおいて映写されるべき各種画像内容の３つすべてが前記投影によって写像自在である。これは、第一にはドーム全体にわたって伸長する画像内容であり、第二にはパノラマ画像の場合のように円形区域をカバーする画像内容であり、そして第三には約３０ｘ３０角度までの小さな面をカバーする画像内容であるがしかし制御されドームにおいて可動である画像内容である。特に最後の画像内容においては、光ファイバ・スターボールの星空の前に太陽、月及び惑星類を映写する汎用投影機が使用可能である。従来技術に従って必要とされ相を映写する全メカニズム、ズームレンズ系メカニズム及び画像の自動制御焦点合わせ装置類を備えたスライド映写機様式の特殊投影機は、とりわけ偏向ユニットを包含し光ファイバを介して光が供給される容易に可動の走査ヘッドによって不必要となる。その場合に動かされるべき投影機部品、すなわち走査ヘッドは、従来技術から公知の投影機よりも小型かつフレキシブルである。映写は一層広範囲であり、しかも一層高い画像品質さえも実現される。
次に図面を用い例を挙げて本発明をさらに詳しく説明する。図面に示すのは下記のとおりである：
図１は、惑星投影機において示したレーザ投影機の原理である。
図２は、プラネタリウムにおけるスターボールに対して相対的な投影機の配置の概略図である。
図３は、スターボールの近くでの惑星投影機の走査ヘッドの配置である。
図４は、投影機を制御するための概略図である。
図１では、走査光束で作用する投影機の原理をさらに詳しく説明する。ここで光束１０は、光源１２を用いて生成される。実施例では、光源１２がガスレーザ２０、２２、２４を包含している。これに使用されるレーザ２０、２２、２４は静的に作動され、その光度は、実施例では変調器２６、２８、３０のような個別装置を用いて制御される。半導体レーザを使用する場合には、別々の変調をする必要がない。なぜならば、その場合にレーザ光線は、直に供給電力によって集中的に十分迅速に制御自在だからである。
実施例では３つのレーザ２０、２２、２４が使用され、これらのレーザはすべて画素照射用の赤、緑および青の光線を生成するための異なる波長で放射を行う。画素の色は、変調器２６、２８、３０の適切な制御によって混合される。これらの混合色を用いて、惑星の色は実物どおりに写像自在である。
レーザによって放射され引き続いて変調される３つの光束は、ミラーシステム３２を介して共通光束１０へと統合される。このミラーシステム３２にはダイクロイックミラーが使用される。図１に示したのと類似の方法で同様に統合が可能であろう半透明ミラーに対するダイクロイックミラーの利点は、レーザによって生成され引き続いて変調された光束の全光度が画素を照射するために使用できることである。これに対し半透明ミラーでは、不適切な方向への反射に基づく出力損失を考慮する必要があろう。
引き続いて光束１０は、集群レンズ系３４を介して光ファイバ３６へと集群され、光ファイバ３６を通過後に減結合レンズ系３８によって再び束ねられる。束ねられたこの光束は、走査のために実質的に多角ミラー４２と揺動ミラー４４とを設けた走査ユニット４０へ向けられる。回転多角ミラー４２は、ｘ方向での走査線偏向のために用いられ、揺動ミラー４４は、ｙ方向での画像偏向のために用いられる。それによって光速１０は、公知のテレビ受像管における電子流のように類似の方法で図１には図示しない投影面へと導かれる。走査時に順次照射される画素は、変調器２６、２８、３０を介して色制御及び光度制御されるので、テレビ受像機と似た方法で画像が発生する。
しかしながらドームに画像を表示する従来の投影機とは違って図１に示した投影システムが優れているのは、異なるドーム部分面への距離が異なっている場合でも焦点合わせが必要ではないことである。その理由は、画素の鮮鋭度がもっぱらレーザ光線の平行度によって決まるからである。
したがって惑星投影機において光ファイバ３６が有利であると実証されるのは、惑星の画像が一箇所で静的に保持されているのではなく、ドーム表面にわたっても導かれるような場合である。そのために減結合レンズ系３８を備えた光ファイバの終端は、走査ユニット４０の入力部と動かないように接続されている。こうして形成されるユニットは、後に図３を用いてなお一層明らかになるように、惑星運動を映し出すために２方向で旋回される。固定ユニットのみが、すなわちこの走査ヘッド４６が、光源１２から独立して動かされるので、重い投影機を動かさねばならなかった従来技術の場合よりも機械的コストが実質的にわずかですむ。運動時の異なる投影表面領域に基づくゆがみは、異なる画像内容を備えた変調器２６、２８、３０を介し走査ヘッド４６の場所や角度位置に応じて変調によって補償される。そのために、後に説明する制御ユニット６４を設けている。この制御ユニットは、走査ヘッド４６の運動もまた変調器２６、２８、３０を介しての変調も制御する。
同様にプラネタリウムで使用可能な他の投影機、例えばパノラマを写像するための投影機には、光ファイバ３６がなくてもよい。なぜならば、この場合には光源１２に対する走査ヘッドの可動結合が必ずしも必要ではないからである。しかしながら、この種のパノラマ投影機では照射部分面に関して調整できるようにもすべきであろう。そのためにここでも光ファイバ３６による走査ヘッド４６からの光源１２の切り離しが可能であるので、調整のためには走査ヘッド４６を動かすだけでよい。
図２では、プラネタリウムの構造を概略的に示している。星空は、従来技術から公知のスターボール５０を用いてドーム５２上に映し出される。スターボール５０によって、必要な高解像度及び光度でドームに星空を投影することができる。
スターボール５０は、図２のプラネタリウムではドームの中心に配置されている。したがって中心周りのスターボール５０の回転によって、異なる緯度及び季節での異なる星空を映し出したり、あるいは北半球及び南半球の異なる星画像も見られるようにすることができる。
図２においては、図１で示したのと類似構造の惑星投影機を参照符号５１によって表している。この惑星投影機５１は、スターボールの近くに配置されており、３０ｘ３０角度の部分画像をドーム５２上に写像することができる。この惑星投影機５１は、ここでも光ファイバ３６を介して光源１２から分離されてもいる可動走査ヘッド４６を有しているので、この３０ｘ３０°の投影自在面は、ドーム５２にわたって可動である。これに基づいて、表示された惑星の運動及びその各季節での位置もプラネタリウムに映し出すことができる。
さらにスターボール５０の周りで同心的にパノラマ投影機５４及び５６が配置されている。参照符号５４及び５６で概略的に表した投影機は、図２では例示的に再現されているに過ぎない。実際的には実施例において、スターボール５０全体が、同心的に所定角度間隔で、特に実施例では同じ角度間隔でこれらの投影機によって囲まれている。しかし、わかりやすくするために図２の大きさ関係は、正確には再現されていない。実施例においてパノラマ投影機は、実質的にスターボール５０に一層近接して配置されており、しかも図２に概略的に表したよりもドーム５２からさらに離れている。
パノラマ投影機５４及び５６によって、面的に限定された画像内容が部分面５８及び６０に再現される。その際に画像内容を順次配置するパノラマ投影機５４及び５６は互いに補完する。その結果、パノラマ全体を映し出すためにあたかも単一の投影機を設けたのみであるかのように、改善された解像度で実質的に一層大きな全体画像がドーム５２上に表示自在である。
これらのパノラマ投影機５４及び５６によって、例えば町のシルエットを投影することができる。またさらにこの種の投影機を用いて、例えば宇宙船のドッキング操作といった宇宙の他の出来事も映し出される。しかし町のパノラマの純粋な投影とは違って各部分面５８及び６０は、一層高く伸長していなければならない。
部分面はそれらのうちの２つである５８及び６０が例示されている。部分面は、ドームを細分化するためにドーム５２の平行円によって又は大円によって境界が形成されているので、ドーム５２は、そのような部分面５８及び６０によって完全に満たされる。
しかしながら図２の例における大円及び平行円による境界形成は、パノラマ投影機が操作ヘッドの光偏向によって正確に中心にある場合に限って操作ヘッド４６の制御によってのみ行われる。しかし中心にはスターボール５０があるのでその空間を使用することができず、パノラマ投影機５４及び５６は中心から外れて配置されている。したがって走査面の縁部領域に小さな重なりが生ずる。過度に大きな走査面に基づいたこれらの重なり領域は、部分面５８及び６０の超過時に光束１０の光度が変調器２６、２８、３０を用いて帰線消去されることによって避けられる。
図３では、スターボール５０に近接した惑星投影機５１の走査ヘッド４６の配置を概略的に示している。参照符号６２は架台を表しており、この架台上でスターボール５０が回転自在にドーム５２内で配置されている。スターボールの中心点は、その回転運動が行われるドーム中心点と同一である。
走査ヘッド４６は、図２においてその異なる位置合わせによって示すように、２つの角度周りで可動であるので、各惑星投影機５１の画像は、ドームの様々な場所に投影可能である。光源１２に対する結合は、ここでもまた図１を用いてさらに詳しく説明した光ファイバ３６を介して行われる。
個々の惑星は、走査ヘッド４６を用い天体力学の法則に従ってドーム５２上で動かすことができる。そのために天体力学の運動メカニズムでプログラミングされた進行経過が、例えば外サイクロイドの形でのドーム５２上の投影画像の運動が実施されるようになっている。
図４では、プラネタリウムのすべての過程を制御する制御ユニット６４を概略的に示している。この制御ユニットの心臓部はコンピュータであり、このコンピュータが、異なった日、角度及びドーム５２に映し出されるべき類似パラメータに対する惑星位置を演算し、それに従ってパノラマ投影機５１の運動機構６６を制御する。運動機構６６は、それ自体としてマイクロプロセッサを包含しているので、天体力学に従ったプリプログラミング運動も実行可能である。そのために制御ユニット６４によって軌道パラメータのみが運動機構６６に引き渡される。次にこの運動機構は、固有のマイクロプロセッサ制御ユニットを用いて惑星画像をその起動上でプラネタリウムドームに導く。
そのほかに制御ユニット６４は、光ファイバ３６を介して光束１０が走査ヘッド４６に導かれている光源１２の変調によって画像内容を制御する。さらに制御ユニット６４は、複数のパノラマ投影機（ここでは１つのパノラマ投影機５４を概略的に示しているに過ぎない）を用いてドーム投影の画像内容をも制御する。
制御ユニット６４のコンピュータは、プラネタリウムの画像を生成するのみでなく、その画像のゆがみによる適切なひずみ補正も行う。このひずみ補正は、例えばパノラマ投影機５４、５６及び特にそれらの走査ユニット４０がドーム５２の中心には配置されていないことによって引き起こされているドーム上の画像のゆがみに対して行われるものである。
さらに制御ユニット６４は、所望部分面５８及び６０を超えるパノラマ投影機５４及び５６の走査ヘッド４６に到達自在の面領域において投影に使用される光束１０が帰線消去されるようにするために信号も発生する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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