JP2014224871A - プラネタリウム投映機およびプラネタリウムシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 光点として表現可能なあらゆる対象を投映可能とし、様々な視点から眺めることを可能としたプラネタリウム投映を実現する投映機およびプラネタリウムシステムを実現する。
【解決手段】 光源と投映光学系により、単一あるいは複数の光点を単位光点として投映する単位光点投映筒１０と、それを支持する架台１１からなる単位光点投映機１の複数台の集合からなり、上記単位光点投映機は支持した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Ｐとし、この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。
【選択図】 図３

Description

本願発明はプラネタリウム投映機および、それを使用したプラネタリウムシステムに関し、より詳細には光点として表現可能なあらゆる対象を投映可能とし、様々な視点から眺めることを可能としたプラネタリウム投映を実現する投映機およびプラネタリウムシステムに関する。

星空をドーム状のスクリーンに投映するプラネタリウムシステムに関し、光学式のプラネタリウムシステムにおいては、恒星原板による投映機あるいは、ピンホールによる投映機などの光学式プラネタリウム投映機により恒星を投映し、かつ一部の恒星には専用の投映機を用いて投映し、さらに各惑星を投映するには惑星を投映する専用の惑星投映機を、変光星を投映するには変光星を投映する専用の投映機を、人工衛星を投映するには人工衛星を投映する専用の投映機を用いて星空を再現していた。なお、ここに「恒星原板による投映機」とは恒星の座標や等級に応じた孔を開けた恒星原板を投映光学系内に収めた複数の投映筒を内部に光源を有する恒星球内に固定した構成よりなる投映機を指す。同じく、「ピンホールによる投映機」とは内部に光源を有する恒星球に、投映する恒星の座標や等級に応じた孔を直接開けた構成よりなる投映機を指す。

また、投映すべき星空の映像をコンピュータにより生成したグラフィックスをビデオプロジェクターにより投映するデジタル式のプラネタリウムシステムにおいては、数十万を超える太陽系小天体や、無数の小天体、さらには太陽系から遠く離れた地点から見た星空さえも投映可能となっていた。

前記の光学式のプラネタリウムシステムとデジタル式のプラネタリウムシステムはそれぞれ長所、短所があり、これらを補完し合うために、一つのプラネタリウム施設で光学式のプラネタリウムシステムとデジタル式のプラネタリウムシステムを併用した複合式のプラネタリウムシステムも提案されている（特許文献１、２）。

特開２００６−１４５６１４ ２０１２−１９４５７９

光学式のプラネタリウムシステムにおいては、前記したように恒星投映機の他に投映対象に応じた他種類の投映機を用いる必要があるので、投映できる天体の数は設置できる投映機の規模により限定され、星空を再現できる範囲も太陽系近傍に限られていた。

また、ピンホールによる投映機はもちろん、恒星原板よる投映機も、投映筒それ自体は恒星球内に固定されるので、恒星はあくまでも相対的に固定された位置にのみ投映され、恒星間を移動する視点を再現することはできなかった。

一方、デジタル式のプラネタリウムシステムにおいては、多くの天体を投映でき、恒星間を移動する視点も再現できるものの、現在の技術ではまだ十分な明るさと解像度が得られないため、本来光点で表現されるべき天体が、ぼやけた暗い円盤像として投映されてしまい、リアルなイメージとして、これらの対象を映し出す映像を提供できていなかった。

本願発明は、以上の従来技術の問題点に鑑みて創作されたものであり、光点として表現可能なあらゆる対象を投映可能とすることにより、光学式プラネタリウムと同様のシャープで明るい像によって様々な天体を投映可能するとともに、様々な視点から眺めることを可能としたプラネタリウム投映を実現する投映機およびプラネタリウムシステムを提供することを目的とする。

すなわち、本願発明のプラネタリウム投映機は光源と投映光学系により、単一あるいは複数の光点を単位光点として投映する単位光点投映筒と、それを支持する架台からなる単位光点投映機の複数台の集合からなり、上記単位光点投映機は支持した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ことを特徴とする。

本願発明において「単位光点」とは、単一の光点、あるいはごく限られた小さな領域に複数の光点を示すものとする。

請求項２に記載のプラネタリウム投映機は前記のプラネタリウム投映機において、制御可能な回転軸を介して単位光点投映筒を架台に対して支持することにより単位光点投映筒を任意の投映方向に制御する手段としたことを特徴とする。

単位光点投映筒は回転軸を持つ架台に乗せることで、ドームスクリーン上の様々な位置に光点を投映することが可能となる。一つの光点が投映される投映筒では２つの軸を持つ架台に、複数の光点が投映される投映筒では３つの軸を持つ架台に乗せることで、ドームスクリーン上のあらゆる位置に、任意の向きに点像を投映することが可能となる。

請求項３に記載のプラネタリウム投映機は前記のプラネタリウム投映機においてパラレルメカニズムを介して単位光点投映筒を架台に対して支持することにより単位光点投映筒を任意の投映方向に制御する手段としたことを特徴とする。

単位光点投映筒を可動制御する手段は前記の回転軸に限られないことはもちろんであり、固定体と可動体とが、並列に配置された複数の脚リンク機構によって接続された閉リンク機構である前記のパラレルメカニズムはその一例である。

請求項４に記載のプラネタリウム投映機は以上のプラネタリウム投映機において投映する光点の色を変更可能としたことを特徴とする。

請求項５に記載のプラネタリウム投映機は以上のプラネタリウム投映機において投映する光点の明るさを変更可能としたことを特徴とする。

このような投映機を多数設置することで、恒星や太陽系小天体、あるいは人工天体を明るくシャープな光点として投映することができる。個々の投映機については、より多くの対象の再現を可能にするために、個別に明るさを調整可能にしたり、投映する光点の色を変更できるようにしてもよい。明るさの調整は、電気的に光源を調光する方法だけでなく、光彩絞りによる方法やフィルタによる方法を用いることで実現される。光点の色の変更は、光源を三原色別々に用意して合成する方法、白色光源とフィルタを用いる方法などで実現可能である。

次に、本願発明のプラネタリウムシステムは、光源と投映光学系からなる単一あるいは複数の光点を投映する光点投映筒と、それを支持する架台からなる単位光点投映機の複数台の集合からなり、上記単位光点投映機は支持した光点投映筒を任意の投映方向に制御する手段を有する前記のプラネタリウム投映機を有することを特徴とする。

請求項７に記載のプラネタリウムシステムは、前記のプラネタリウムシステムが恒星原板あるいはピンホールによる光学式プラネタリウム投映機を有することを特徴とする。

請求項８に記載のプラネタリウムシステムは、前記のプラネタリウムシステムにおいて、前記のプラネタリウム投映機を恒星原板あるいはピンホールによる光学式プラネタリウム投映機に同架したことを特徴とする。

請求項９に記載のプラネタリウムシステムは、前記のプラネタリウムシステムがデジタル式プラネタリウム投映機を有することを特徴とするプラネタリウムシステム。

請求項１０に記載のプラネタリウムシステムは、前記のプラネタリウムシステムにおいて、前記のプラネタリウム投映機を、デジタル式プラネタリウム投映機に同架したことを特徴とするプラネタリウムシステム。

請求項１１に記載のプラネタリウムシステムは、前記のプラネタリウムシステムが、恒星原板あるいはピンホールによる光学式プラネタリウム投映機と、デジタル式プラネタリウム投映機を有することを特徴とする。

請求項１２に記載のプラネタリウムシステムは、前記のプラネタリウムシステムにおいて、前記のプラネタリウム投映機を原板あるいはピンホールによる光学式プラネタリウム投映機と、デジタル式プラネタリウム投映機のそれぞれまたは一方に同架したことを特徴とする。

本願発明のプラネタリウムシステムにおいては、たとえば、個々の恒星に割り当てられた投映機は、約半数が地平線下にある恒星を受け持つことになり、実際に恒星を投映する必要が無いことから、それらは恒星以外の対象の投映に用いることができる。もちろん、それらの割り当ては時刻の変化や観察場所の変化によって時々刻々と変化するが、それらは、通常、連続的な変化となるから、再割り当てをコンピュータによって行うことは容易である。恒星以外の対象としては、既にあげた太陽系小天体や、人工天体、あるいは流れ星等といったものがあげられる。

これまでの光学式投映機によって映し出される恒星は位置関係が固定されていたが、本願発明においては、単位光点投映機は支持した光点投映筒を任意の投映方向に制御する手段を有するので、個々の単位光点投映機によって映し出される恒星は、その位置を自由に変えることができる。これにより、コンピュータ制御によって、単位光点投映機によって映す恒星の位置を時々刻々と制御することで、恒星間の視点移動を実現することが可能となる。

また、これらの単位光点投映機を可動軸をもつ架台にまとめて乗せれば、個々の単位光点投映機自体の光点投映筒の運動の他に、まとめて同架された単位光点投映機群の運動が実現され、対象の移動や視点の移動による配置変化と、視点の回転による変化を別々に取り扱うことができる。これにより、機器の制御が容易になるばかりでなく、より高速でスムーズな運動の再現が可能となる構成を実現できる。むろん、これらは単一の架台に同架する必要はなく、いくつかのグループに分けて複数の架台に同架することで、様々な状態を一度に再現するように構成してもよい。

もちろん、これらの投映機は、一般的な光学式プラネタリウム投映機や、デジタル式プラネタリウム投映機と共に用いることができるし、これらの機器に同架してもよい。光学式プラネタリウムと共に用いる場合には、本願発明の投映機をプラネタリウム本体に取り付けられている多数の光輝星投映機や変光星投映機等の代替えとすることができるから、光学式プラネタリウムから、これらの投映筒を取り除いてしまっても構わない。また、光学式プラネタリウム投映機上に本願発明による投映機を同架してもよい。デジタル式プラネタリウムと共に用いる場合にも同様である。

さらに、デジタル式プラネタリウムと併用する場合に、たとえば、一般に観客の視線方向となる進行方向などにある恒星を本願発明による投映機で投映し、その他の方向の恒星をデジタル式プラネタリウムによって再現することで、リアルな星空を再現しながら、恒星間の移動を可能とするプラネタリウムシステムを少数の光点投映機で構築できる。なお、特許文献２に開示の発明では、最も明るい恒星から所定の光度までの恒星を光学式プラネタリウムで投映し、他の恒星をデジタル式プラネタリウムを用いて投映し星空を完成させるものが提案されているが、光学式プラネタリウムの輝星投映筒はあくまでも相対的に固定された位置に輝星を投映するものであるから、ここで述べたような恒星間を移動する視点を再現することはできない。また、光学式投映機によって投映する対象は、明るい恒星と規定されているから、ここで例示している進行方向等にある恒星を光点投映機によって投映するものとは大きく異なる。

本願発明によれば、太陽系内の様々な天体が光学式投映機の明るくシャープな像によってリアルに再現できるようになるだけでなく、光学式投映機によって、恒星間空間の移動をも再現できるようになる。

本願発明のプラネタリウム投映機の単位光点投映機の正面図。 同上、単位光点投映筒の光学系を示す説明図。 本願発明のプラネタリウムシステムの正面図。 同上、フローチャート。 本願発明のプラネタリウムシステムにおいて、本願発明のプラネタリウム投映機の単位光点投映機を可動軸をもつ架台にまとめて乗せた例を示す正面図。 本願発明のプラネタリウムシステムにおいて、本願発明のプラネタリウム投映機を光学式プラネタリウム投映機に同架した例を示す正面図。 本願発明のプラネタリウムシステムにおいて、本願発明のプラネタリウム投映機をデジタル式プラネタリウム投映機に同架した例を示す正面図。

以下、本願発明のプラネタリウム投映機およびプラネタリウムシステムの具体的実施例を添付図面に基づいて説明する。図１は、本願発明のプラネタリウム投映機を構成する個々の単位光点投映機１の一例を示したものである。ここでは、単一の光点を投映するものとし、２つの直交する可動軸１２、１３を持つ架台１１に単位光点投映筒１０を取り付けることでドームスクリーンＤ上の任意の位置に光点を投映可能とする。これらの可動軸は、モーター等のアクチュエータによる制御を行うことで、逐次、その投映位置が調整可能である。

前記は単位光点の投映像が対称形状となる単一の光点を投映する単位光点投映機の場合であるが、単位光点が複数の光点からなる場合は投映像が非対称形状となるので、単位光点投映機は単位光点投映機１を投映光軸を中心として回転させるための可動軸を有する３軸構成となる。

図２は単位光点投映筒１０の光学系の例を示す図であり、図中符号１４はＬＥＤ、１５はコンデンサ光学系、１６はピンホール、１７は投映光学系を指す。ここでは、光源としてＬＥＤを例として記述したが、電球やレーザーを用いてもよく、また、投映像の明るさを調整するために、個々の光源を直接調光するだけでなく、光彩絞りや回転濃度フィルタを用いてもよい。光源が純然たる点光源とみなせない場合や、複数の光点を投映する場合には、図に示したように、コンデンサ光学系とピンホールからなる光学系が必要となる。

また、単位光点投映機１において、単位光点投映筒１０の光源部を架台１１の下に設置し、レンズや鏡からなる光学系や光ファイバー、あるいは光カップリングを用いて、その光束を回転軸内を通し、架台上にある単位光点投映筒の投映光学系に導く構造としてもよい。

図２は、本願発明のプラネタリウムシステムの実施例を示す図であり、前記した単位光点投映機１の集合からなるプラネタリウム投映機ＰをプラネタリウムドームＤ内に設置した例である。これらの個々の単位光点投映機１は、制御システムの指示により、ドームスクリーン上の任意の位置に光点を投映することができる。むろん、必要に応じて、個々の明るさや、必要に応じて光源の色を制御できるようにしてよい。
これらの投映機群からなるプラネタリウム投映機Ｐに対して、制御システムは、必要に応じて個々の単位光点投映機１が光点を投映すべき位置を演算し、その値を指示する。

制御に必要な一連の処理の例を図４のフローチャートに示す。手順の流れとしては天体の三次元位置の算出からなる手順１（Ｓ１）、天体の高度・方位の算出からなる手順２（Ｓ２）、投映機から見た高度・方位の算出からなる手順３（Ｓ３）、現在の位置との差分の算出からなる手順４（Ｓ４）となる。

はじめに、再現する星空の日時、視点位置、視点方向などの入力データから、該当する単位光点投映機が光点を映し出すべきドーム上座標を算出する手順１、２（Ｓ１、Ｓ２）。次に、単位光点投映機は、通常ドームスクリーンの球芯に無いから、ドーム上座標を該当する単位光点投映機の投映機座標に変換する手順３、４（Ｓ３、Ｓ４）。変換には、通常、該当投映機のドーム球芯を原点とする三次元直交座標による位置と、投映機の持つ回転軸の向きが必要であるが、これらは固定されたデータ（パラメータ）であるから、あらかじめ設定しておけばよい。求めた投映機座標と、前回の演算により求めた量、すなわち現在の投映機座標の差が指令量となる手順４（Ｓ４）。

以上の演算を、必要な単位光点投映機すべてに対して行えばよい。これまで述べた投映機の構成では、個々の投映機は、対象となる天体の動きと、視線変化の双方の変化に伴う投映位置の変化に追従できるだけの性能を有していなければならないが、このような可動軸の構成において、幅広い変速幅とその動作の正確さを併せ持たせることは大変難しい。そこで、図５に示すように単位光点投映機群Ｐをまとめて３軸が直交した架台２０に同架することで、容易に幅広い変速幅とその動作の正確さを確保することが実現できる。3 軸が直交した架台を、ドームスクリーンＤの球芯位置近くに設置するほど、効果的に空間的な移動による指令量と視点の回転による指令量を分離できるので、個々の可動軸に要求される変速幅が小さくとも、ダイナミックな映像演出が可能となる。

一方、前記の３軸が直交した架台は、一般的な光学式プラネタリウム投映機の可動軸の構成と同一であるから、図６に示すように光学式プラネタリウム投映機Ｋに、これらの単位光点投映機群Ｐを同架してもよい。この場合、これらの単位光点投映機群Ｐは光学式プラネタリウム投映機における光輝星投映筒の代わりとなりうるから、光学式プラネタリウム投映機に取り付けられたこれらの光輝星投映筒を取り外してしまってもよい。

一方で、これらの単位光点投映機１は設置場所の自由度が高いことから、例えば、図７に示すようにドーム周囲に配置されるデジタル式プラネタリウム投映機のビデオプロジェクタＥなどに同架してもよい。この様な設置形態をとれば、ドーム内をすべて観客席とすることができる。

また、デジタル式プラネタリウム投映機においては、複数のビデオプロジェクタ映像を正確に位置合わせを行う必要があり、このためにあらかじめ投映位置を調整した多数の投映機により、ドームスクリーン全体に調整点を投映する方法が用いられていた。これらの投映機は、その数が多いほど映像の状態を細かく判断でき、より正確に調整を行うことができる。しかしながら、投映機の数が多くなれば、その設置調整に多大な時間を要する事からその数は限られていた。本願発明による単位光点投映機は自由にその投映位置を指令により正確に変更できるから、これをアライメント用投映機に用いることで、より多くの調整点を投映することができる。また、極端に調整点の数を増やす必要がある場合には、調整する個々のビデオプロジェクタ毎にすべての単位光点投映機を用いて調整点を投映することで、これまでよりもはるかに多くの調整点を提示でき、より精密な映像の調整が可能となる。

１ 単位光点投映機
１０ 単位光点投映筒
１１ 架台
Ｐ 単位光点投映機群
Ｋ 光学式プラネタリウム投映機
Ｅ デジタル式プラネタリウム投映機

Claims (12)

1. 光源と投映光学系により、単一あるいは複数の光点を単位光点として投映する単位光点投映筒と、それを支持する架台からなる単位光点投映機の複数台の集合からなり、上記単位光点投映機は支持した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ことを特徴とするプラネタリウム投映機。
2. 制御可能な回転軸を介して単位光点投映筒を架台に対して支持することにより単位光点投映筒を任意の投映方向に制御する手段とした請求項１記載のプラネタリウム投映機。
3. パラレルメカニズムを介して単位光点投映筒を架台に対して支持することにより単位光点投映筒を任意の投映方向に制御する手段とした請求項１または２記載のプラネタリウム投映機。
4. 投映する光点の色を変更可能とした請求項１から３のいずれかに記載のプラネタリウム投映機。
5. 投映する光点の明るさを変更可能とした請求項１から４のいずれかに記載のプラネタリウム投映機。
6. 請求項１から５のいずれかに記載のプラネタリウム投映機を有することを特徴とするプラネタリウムシステム。
7. 請求項１から５のいずれかに記載のプラネタリウム投映機と、恒星原板あるいはピンホールによる光学式プラネタリウム投映機を有することを特徴とするプラネタリウムシステム。
8. 請求項１から５のいずれかに記載のプラネタリウム投映機を、恒星原板あるいはピンホールによる光学式プラネタリウム投映機に同架したことを特徴とするプラネタリウムシステム。
9. 請求項１から５のいずれかに記載のプラネタリウム投映機と、デジタル式プラネタリウム投映機を有することを特徴とするプラネタリウムシステム。
10. 請求項１から５のいずれかに記載のプラネタリウム投映機を、デジタル式プラネタリウム投映機に同架したことを特徴とするプラネタリウムシステム。
11. 請求項１から５のいずれかに記載のプラネタリウム投映機と、恒星原板あるいはピンホールによる光学式プラネタリウム投映機と、デジタル式プラネタリウム投映機を有することを特徴とするプラネタリウムシステム。
12. 原板あるいはピンホールによる光学式プラネタリウム投映機と、デジタル式プラネタリウム投映機を有し、請求項１から５のいずれかに記載のプラネタリウム投映機を、原板あるいはピンホールによる光学式プラネタリウム投映機と、デジタル式プラネタリウム投映機のそれぞれまたは一方に同架したことを特徴とするプラネタリウムシステム。

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