JP2003241303A - プラネタリウム装置および広角映像投影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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および広角映
像投影装置を提供する。 【解決手段】 映写原板４には星を見立てた透過孔４ａ
が開けられている。映写原板４は中空軸受５に取り付け
られ、光軸１２を中心にモータ７によって回転させられ
る。映写原板４を出射した光は投影レンズ１１を通り、
凸面鏡で反射されてスクリーンドームなどに広角投影さ
れる。投影される星空は日周運動と同じようなを動きを
する。広角映像投影装置を併設すれば、星以外の朝焼
け，風景などの画像を重ね合わせて投影することができ
る。

Description

【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
リウムおよび映像投影装置に関する。

【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３０
５３０８９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
のみならず映像も広角に投影し、任意の映像を投影再現
することを可能にした広角映像投影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、プロジ
ェクタ内の投影原板を当該プロジェクタの光軸を中心に
回転させ、前記曲面鏡で反射させてスクリーンに投影さ
れる星空を日周運動のように運行させる構成とする。ま
た、本発明は、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
像を光学系で合成し、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凸面鏡で反射させ広
角の映像をスクリーンに投影する構成とする。さらに本
発明は、前記プラネタリウム装置および前記広角映像投
影装置に用いられるプロジェクタの両方を用いて、星空
と映像を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３
８，３９，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

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【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、 プロジェクタ内の投影原板を当該プロジェクタの光軸を
   中心に回転させ、前記曲面鏡で反射させてスクリーンに
   投影される星空を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。
2. 【請求項２】 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
   像を光学系で合成し、 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
   た投射映像を凸面鏡で反射させ広角の映像をスクリーン
   に投影することを特徴とする広角映像投影装置。
3. 【請求項３】 前記プラネタリウム装置および前記広角
   映像投影装置に用いられるプロジェクタの両方を用い
   て、星空と映像を重ね合わせて投影することを特徴とす
   るプラネタリウム機能付き広角映像投影装置。