JP2017053996A - 星空の表示方法および該方法に用いる星空ディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】暗い星は廉価に、大量かつ正確に再現し、明るい星は自ら発光する光源を用いて壮大な星空を限られたコストで再現し、さらに限られた完全遮光された専用の部屋だけではなく、例えば商業店舗など照明に照らされた場所でも星空を効果的に演出できる星空の表示方法およびその方法に用いる星空ディスプレイ装置を提供する。
【解決手段】白色の光を拡散しつつ透過する性質をもった基材１の上に、多数の恒星を描いた星空のパターンが印刷されるか、または写真工程により作成されて画像面２を形成する。基材１の裏側にバックライト３が配置され、星パターン８に対応する位置の基材１の裏面側に明るい星を表現するためのＬＥＤランプ４が設けられている。星パターン８の発光部からは明るい星の光が視認でき、星パターン７は暗い星として視認できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、専用のプラネタリウム施設だけでなく、商業店舗など照明に照らされた場所でも星空を効果的に演出し、多数の暗い星から限られた明るい星まで正確に再現できる星空の表示方法およびその方法に用いる星空ディスプレイ装置に関する。

白昼に星空を再現するために、従来から、ドーム状スクリーンの中央部に専用の投影機を設置するプラネタリウムが古くから活用されている。
これらプラネタリウムでは、精密加工によって製造された恒星原板の像を投影する光学式投影機に加えて、ディジタル映像をプロジェクタで投影するディジタル式投影機や、この両者を複合された装置等が開発され、多種多様な星空や宇宙の映像を提供するに至っている。

一方、古くより、遮光性の板に星に相当する透過孔を開け、その裏側から光を当てることにより星空のように観察させる装置が多数発案され、現在も用いられている。
著名なものは、米アドラープラネタリウムに展示されているアトウッド・スフィアーであり、直径およそ５ｍほどの球殻の表面に多数の本物の星に相当する穴をあけ、観客は球殻の中に入り星空を観察するものである。

また、光ファイバを用いて、ファイバの端面を平面上に配置し、ファイバの反対側から照明することにより星空のように見せるディスプレイが多数考案され、使用されている。 同様に、星に見立てた電球やＬＥＤランプを平面上に配置して星のように見せる「星球」が古くから舞台演出などに使われている。

しかしながら、従来技術では、以下のような問題点があった。
ドーム状スクリーンに星空を投影するプラネタリウム投影機では、映像を投影するという方法のため、対象物を明るい色のものにする必要がある。投影する像の明るさには限りがあるため、室内を暗黒にしなければならず、専用のプラネタリウム施設では問題ないが、これを外光の入る空間で行おうとすると、僅かな光によっても演出効果が妨げられ、応用範囲が限られるという問題点があった。

遮光性の板に星に相当する透過孔を開ける方法や、光ファイバを用いる方法、電球やＬＥＤランプを用いる方法では、直接光を通す、または直接発光する物体を用いることにより投影像より遥かに鮮明で明るい星を再現できるが、星に相当する孔加工には手間と時間がかかり、コストを膨らませる要因となっていた。また、微細な孔加工には技術的な問題点も伴い、結果的に再現できる星の数を増やすことができず、リアルで壮大な星空の様子を再現することができないか、または膨大な手間を投じることになっていた。

特開２００８−２８１６８４号公報

なお、本件発明者は、星空の表示方法ならびに該表示方法を用いたプラネタリウム装置および星空の表示装置を既に提案している（特許文献１）。
これは入力装置によって観測地の位置が入力された際に、メモリ回路に格納された夜空の明度マップを参照して、観測地の位置に対応する座標から夜空の明度データを読み込み、補間演算などにより観測値の明度を求め、メモリ回路に格納された夜空の明度−恒星調光テーブルを参照して、恒星用調光装置に調光すべき恒星調光信号を送出し、メモリ回路に格納された夜空の明度−照明調光テーブルを参照して、照明用調光装置に調光すべき照明調光信号を送出するように構成された光学式プラネタリウム装置を用いる星空の表示方法を開示したものである。
この出願は、今回提案しようとしている出願と発明の名称が「星空の表示方法」として同じであるものの、その内容が上記問題を解決するようなことに繋がる技術を開示するものではない。

本発明は上記のような背景に基づき発案されたものである。
すなわち、本発明は夜空を構成する星の大多数が暗い星である特質に着目したもので、その目的は、暗い星は廉価に、大量かつ正確に再現し、一部の限られた明るい星は自ら発光するＬＥＤ光源やファイバ端などを用いて再現して、これらを複合することにより、壮大な星空を限られたコストで再現し、さらに限られた完全遮光された専用の部屋だけではなく、例えば商業店舗など照明に照らされた場所でも星空を効果的に演出できる星空の表示方法およびその方法に用いる星空ディスプレイ装置を提供することにある。

前記目的を達成するために本発明による請求項１記載の星空の表示方法は、基材の片面に、多数の恒星を描いた星空のパターンを印刷または写真工程で形成し、基材を一様に照明する全体照明によりパターン全面を一様に照明すると共に、星空のパターン上の所定の星に相当する位置に、所定の星のみを表示する局所光源を配置することにより、所定の星のみを明るく輝かせることを特徴とする。
本発明による請求項２記載の星空の表示方法は、請求項１記載の発明において、前記全体照明は、基材の裏面に配置されたバックライトであることを特徴とする。
本発明による請求項３記載の星空の表示方法は、請求項１記載の発明において、前記全体照明は、基材の表面に配置されたフロント照明または環境光であることを特徴とする。
本発明による請求項４記載の星空の表示方法は、請求項１，２または３記載の発明において、前記局所光源は、所定の星に相当する位置の裏面に配置されたランプであることを特徴とする。
本発明による請求項５記載の星空の表示方法は、請求項１，２または３記載の発明において、前記局所光源は、所定の星に相当する位置の裏面から設置された光ファイバの末端であることを特徴とする。
本発明による請求項６記載の星空の表示方法は、請求項１，２または３記載の発明において、前記局所光源は、所定の星に相当する位置の表面に配置されたランプであることを特徴とする。
本発明による請求項７記載の星空の表示方法は、請求項１，２，３，４，５または６記載の発明において、前記局所光源の明るさを、基材の表面に配置した照度センサにより計測された照度に連動して変化させることを特徴とする。
本発明による請求項８記載の星空の表示方法は、請求項１，２，３，４，５，６または７記載の発明において、前記局所光源の明るさを小刻みに変化させることによりまたたき効果を得ることを特徴とする。
本発明による請求項９記載の星空ディスプレイ装置は、多数の恒星を描いた星空のパターンを印刷または写真工程で作成した画像面を有する基材と、前記基材の上の所定の個所に配置した１以上の発光部と、前記発光部を明るい星として視認させるための局所光源と、前記画像面の星空のパターンを視認させるためのバックライトまたはフロントライトとを備え、所定の星のみを明るく輝かせることを特徴とする。
本発明による請求項１０記載の星空ディスプレイ装置は、請求項９記載の発明において、前記基材は、光透過性と拡散性を有し、前記基材の裏面側に配置されたバックライトまたは局所光源により照明されることを特徴とする。
本発明による請求項１１記載の星空ディスプレイ装置は、請求項９記載の発明において、前記基材の表面側からの照明により基材上に形成された星空のパターンを表示することを特徴とする。
本発明による請求項１２記載の星空ディスプレイ装置は、請求項９，１０または１１記載の発明において、前記発光部は、基材の所定の個所に１以上配置され、前記基材の所定の個所に孔を開け、該孔に光源からの光を導入するための光ファイバを挿入して前記発光部を発光させることを特徴とする。
本発明による請求項１３記載の星空ディスプレイ装置は、請求項９，１０または１１記載の発明において、前記局所光源はランプであることを特徴とする。

上記構成によれば、暗い部屋はもちろん、明るい部屋であっても室内照明に妨げられることなく鮮明かつ美しい星空を表示することができる。多数の星は印刷や写真工程によって作成されるので星の数を増やしてもコストの高騰を防ぐことができる。明るい星は鮮明に輝くようすを再現できる。店舗などの商業施設やオフィス等で美しい星空を表示することができるなどの効果を有する。

本発明による星空の表示方法を実現するための星空ディスプレイ装置の実施の形態を示す概略図で、該星空ディスプレイ装置を一部断面で示した側面図を示してある。 本発明による星空の表示方法を実現するための星空ディスプレイ装置の他の実施の形態を示す概略図で、明るい星を表示する発光部を構成する拡散板および貫通孔を備えた基材の側面図を断面で示してある。 本発明による星空ディスプレイ装置のさらに他の実施の形態を示す概略図で、基材の上に発光部としてＬＥＤチップを配置した側面図を断面で示してある。 本発明による星空ディスプレイ装置のさらなる他の実施の形態を示す概略図で、光を導く光ファイバ末端を基材の裏面側から貫通孔に挿入して配置した側面図を断面で示してある。 本発明による星空ディスプレイ装置の次の実施の形態を示す概略図で、基材上の星空の画像面を照明するフロントライトを設け、基材の上に発光部としてＬＥＤチップを配置した側面図を断面で示してある。 星空ディスプレイ装置を一部断面で示した概略図で、外光の変化により局所照明（ＬＥＤ）の出力を変化させる例を示している。 星空ディスプレイ装置を一部断面で示した概略図で、バックライトにＬＥＤを用いた例を示している。 本発明による星空ディスプレイ装置に使用する局所照明（ＬＥＤ）をそれぞれランダムに瞬かせる回路の接続例を示すブロック図である。

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１は、本発明による星空の表示方法を実現するための星空ディスプレイ装置の実施の形態を説明するための概略図で、主要部を断面で示したものである。
基材１は、白色の光を拡散しつつ透過する性質をもった母材であり、例えば紙，乳白アクリル，ターポリン生地等が利用できる。基材１は平板であり、この平板の基材１上に、星空の画像面２を形成する。画像面２は、多数の恒星を描いた星空のパターンが、印刷されるか、または写真工程によって作成されたものである。例えば、インクジェットプリンタ等で印刷しても良いし、銀塩写真の印画紙，フィルムを用いても良い。

印画紙やターポリン生地であれば、素材自体に十分な光の拡散性があるのでそのまま使用できるし、フィルムであれば、裏面に乳白アクリル板や白色の樹脂板を接着してもよい。星空の画像には、黒地に、多数の星が描かれており、実際の星空の写真画像そのものか、恒星の位置と明るさを記した座標データにより生成されたものを用いる。画像の背景は黒であるが星に相当する星パターン７はそれぞれの星の明るさに相当する面積と色調の円形のパターンとなっている。これをバックライト３で照明すると星空として浮かび上がって視認できる。
なお、星空の中の暗い星パターンには符号７を付し、特に明るい星に相当する星パターンには、発光部に相当する部分として符号８を用いている。この星パターン８の位置の裏面には局所光源となるＬＥＤランプ４が配置されている。このＬＥＤランプ４の光により、特に明るい星パターン８は、図示していないが他の同面積の星パターンよりも強く輝いて見える。したがって星パターンの面積をいたずらに大きくすることなく、鋭く明るい星のイメージを再現することができる。

図２は、図１と略同じ構造であるが、基材１に貫通孔５を開けることにより、明るい星を一層明るく見せるようにした星空ディスプレイ装置の実施の形態を示す図である。
ＬＥＤランプ４の光は基材１中の貫通孔５を通り星パターン８に相当する拡散板６を効率的に照明する。このように、貫通孔５を通った光が一様に視認できるよう、薄い拡散板６が取り付けられているが、ＬＥＤランプ４自体の表面が拡散性を有していればこの拡散板６は省略してもよい。ＬＥＤランプ４の発光面をそのまま貫通孔５を通じて露出させる構成にすることも可能である。

図３は、局所光源を基材１の裏面ではなく画像面２に直接実装した星空ディスプレイ装置の実施の形態を示す図である。
明るい星に相当する位置にＬＥＤチップ１０を載せて、明るい星として視認させている。このＬＥＤチップ１０は発光部として局所光源を構成するものである。
ＬＥＤチップ１０は、表面に配置する極細い配線１２によって図示しない電源に接続されているが、ＬＥＤチップ１０の裏側か傍部分の基材１に小孔をあけて、この小孔より配線を基材１の裏に通しても良い。発光部としてのＬＥＤチップ１０の周辺のＬＥＤチップの電極や基板が目につかないように、遮光カバー１１を設けている。このように遮光カバー１１を設けることで、発光部の見た目の改善を図っている。なお、特に気にならない大きさであれば遮光カバー１１は省略してもよい。

図４は、明るい星の表示のために基材の裏面から挿入される光ファイバを用いた星空ディスプレイ装置の実施の形態を示す図である。
貫通孔２１に光ファイバ２０の末端が挿入され、その端面（出力端）が、画像面２上に設けた拡散板２２の裏面に対面接触している。光ファイバ２０の反対側末端は図示しない光源装置を有しており、光源装置の光を光ファイバ２０に入射させ末端面２０ａまで導いている。この構成により明るい星を形成する発光部分（拡散板２２）に光が導かれ明るい星が輝いて見える。
光ファイバ２０の出射端は図４のように基材１に設けた貫通孔２１に挿入してもよいが、基材１に貫通孔２１を開けることなく明るい星パターン対応位置の基材１の裏面に光ファイバ２０の出射端を接続する構成にすることもできる。

図５は、フロントライトから照明を当てて星空を視認させ、明るい星の表示のためにＬＥＤチップを画像面に実装した星空ディスプレイ装置の実施の形態を示す図である。
基材１の前面側にフロントライト３０が配置され、明るい星を表示させる位置の画像面２上にＬＥＤチップ１４が配置されている。ＬＥＤチップ１４は極細い配線１２によって図示しない電源に接続されている。
これは、透過光と異なり表面からの光を当てる構造になっており、構成が簡便になるという利点がある。明るい星の表示は、画像面２の表面に実装したＬＥＤチップでなくても、図１，図２の構成と同様、明るい星対応の位置の基材１の裏側に個別のＬＥＤを設けてもよい。また、図４の構成と同様、光ファイバを用いてもよい。

本発明を実施するに当たり、バックライト、フロントライトのいずれを使用する場合に関係なく、設置環境によって他の室内照明や外光による照明効果が加わることが考えられる。これら環境照明や外光の強度は他の外的要因により変化することが考えられ一定に維持することが困難な場合がある。かかる場合、画像面上の大多数の星の見た目の明るさは外光の強度によって変化してしまうことが考えられるから、明るい星の局所照明の明るさが一定であると、局所照明により照明されない一般の星と局所照明により照明される明るい星の相対的な明るさの比率が変わってしまう。そのために補正することが必要である。

図６は、上記問題を解決するもので、外光の変化により局所照明の出力を変化させる星空ディスプレイ装置の実施の形態を示す図である。
この実施の形態は、基材１の裏面側にバックライト３を配置したものであり、画像面２の上に明るい星を表示するＬＥＤチップ３４を搭載した構造の星空ディスプレイ装置の例である。
画像面２か、その近辺に照度センサ４０が設置されている。照度センサ４０の出力信号はセンサアンプ３１に入力し、センサアンプ３１によって照度値に変換される。この照度値は、演算装置３２に入力され、演算装置３２は必要な局所照明の出力を算出する。演算装置３２は算出した出力に基づきＬＥＤドライバ３３を駆動するための信号を送出する。ＬＥＤドライバ３３の駆動信号は配線３５によりＬＥＤチップ３４に入力し、局所照明のＬＥＤは駆動されて発光する。

演算装置３２の演算式は、バックライトを有するか否かによって変わってくるが、ここで、照度センサ４０によって検出される画像面２の照度値をＦ、照度とフロント照明＋環境光によってもたらされる一般星の明るさとの比例係数をＧＡＩＮ＿Ｆ、バックライトの明るさをＢ、バックライトの光によってもたらされる一般星の明るさの比例係数をＧＡＩＮ＿Ｂとすると、一般星の見た目の明るさＩＮＴＥは以下の（１）式で計算できる。

ＩＮＴＥ＝Ｆ＊ＧＡＩＮ＿Ｆ＋Ｂ＊ＧＡＩＮ＿Ｂ ・・・（１）

従って、局所照明のＬＥＤの出力はこのＩＮＴＥに比例した値にすればよい。
もし、バックライト３が存在しない実施の形態であれば、局所照明のＬＥＤの出力はもっぱら、照度値Ｆによって決定される。

また、バックライトを用いた場合、バックライトの明るさを制御できる構成を構築し、環境光に応じてバックライトの明るさを変化させることにより、環境光の明るさが変わっても一般星の明るさが変わらないように制御することが可能である。
図７は上記に説明した、バックライトの明るさを制御できる星空ディスプレイ装置の実施の形態を示す図である。
基材１の裏側に配置するバックライトに、５個のＬＥＤチップ４１〜４５を用いている。画像面２に設けた照度センサ４０と、センサ信号を増幅するセンサアンプ３１とによって検出された照度は、演算装置３２で、検出された照度に対するＬＥＤチップが制御されるべき明るさの値が算出される。この算出された値に基づく信号がＬＥＤドライバ３３に送られ、ＬＥＤドライバ３３は配線３７によりＬＥＤチップ４１〜４５に駆動信号を送り、バックライトであるＬＥＤチップ４１〜４５が発光する明るさを任意の明るさに制御する。

このような構成の場合、（１）式でＩＮＴＥの値を一定にすればよいから、（１）式を変形すると、

Ｂ＊ＧＡＩＮ＿Ｂ＝ＩＮＴＥ−Ｆ＊ＧＡＩＮ＿Ｆ

となる。さらに、

Ｂ＝（ＩＮＴＥ−Ｆ＊ＧＡＩＮ＿Ｆ）／ＧＡＩＮ＿Ｂ ・・・（２）

として計算できる。
したがって（２）式で算出されたバックライトの明るさＢの値に比例する出力でバックライトの明るさを制御すればよいことになる。
この場合、局所照明の明るさは一定とする。

図８は、図１〜図７に示すＬＥＤランプやＬＥＤチップなど局所照明となる光源をそれぞれランダムに瞬かせる回路の接続例の実施の形態を示すブロック図である。
瞬き制御回路１〜ｎ（５１〜５ｎ）は、本物の星のような瞬きに相当するランダム、かつ小刻みに変動する電圧信号を発生する。この電圧信号をＬＥＤドライバ１〜ｎ（６１〜６ｎ）に入力して、局所照明のＬＥＤ（図８の例ではＬＥＤランプ４−１〜４−ｎ）を駆動すると、それぞれのＬＥＤは星のように明滅する。この瞬き制御回路１〜ｎ（５１〜５ｎ）とＬＥＤドライバ１〜ｎ（６１〜６ｎ）のセットにより、多数存在する局所照明のＬＥＤをそれぞれ駆動することができる。
本来、全ての星の瞬きパターンは個別に異なるが、多数ある局所照明のＬＥＤすべてに別個の瞬き制御回路を用意するとコストが高くなるため、一つの瞬き制御回路とＬＥＤドライバがいくつかの個別のＬＥＤを駆動するようにし、これらの組み合わせがランダムになっていると、コストが抑えられて見た目には不自然の少ない瞬きを再現することができる。

以上のように本発明の実施の形態の各例を説明したが、特許請求の範囲内において種々の変形を施すことができる。例えば、局所光源としてＬＥＤランプ，ＬＥＤチップの例を挙げているが、消費電流が少なく、効率的に発光できる発光部材であるならば、必ずしもＬＥＤに限ることはない。また、基材に搭載する画像面を多数の恒星を描いた星空のパターンを印刷または写真工程で形成した例を示したが、星空のパターンを形成する方法は、この処理方法に限らず、他の方法で形成することもできる。

専用のプラネタリウム施設だけでなく、商業店舗など照明に照らされた場所でも星空を効果的に演出し、多数の暗い星から限られた明るい星まで正確に再現できる星空の表示方法およびその方法に用いる星空ディスプレイ装置である。

１ 基材
２ 画像面
３ バックライト
４，４−１〜４−ｎ ＬＥＤランプ
５，２１ 貫通孔
６，２２ 拡散板
７ 星パターン
８ 明るい星の星パターン
１０，１４，３４，４１〜４５ ＬＥＤチップ
１１ 遮光カバー
１２，３５，３６，３７ 配線
２０ 光ファイバ
３０ フロントライト
３１ センサアンプ
３２ 演算装置
３３ ＬＥＤドライバ
４０ 照度センサ
５１〜５ｎ 瞬き制御回路１〜ｎ
６１〜６ｎ ＬＥＤドライバ１〜ｎ

Claims (13)

1. 基材の片面に、多数の恒星を描いた星空のパターンを印刷または写真工程で形成し、
   基材を一様に照明する全体照明によりパターン全面を一様に照明すると共に、星空のパターン上の所定の星に相当する位置に、所定の星のみを表示する局所光源を配置することにより、所定の星のみを明るく輝かせることを特徴とする星空の表示方法。
2. 前記全体照明は、基材の裏面に配置されたバックライトであることを特徴とする請求項１記載の星空の表示方法。
3. 前記全体照明は、基材の表面に配置されたフロント照明または環境光であることを特徴とする請求項１記載の星空の表示方法。
4. 前記局所光源は、所定の星に相当する位置の裏面に配置されたランプであることを特徴とする請求項１，２または３記載の星空の表示方法。
5. 前記局所光源は、所定の星に相当する位置の裏面から設置された光ファイバの末端であることを特徴とする請求項１，２または３記載の星空の表示方法。
6. 前記局所光源は、所定の星に相当する位置の表面に配置されたランプであることを特徴とする請求項１，２または３記載の星空の表示方法。
7. 前記局所光源の明るさを、基材の表面に配置した照度センサにより計測された照度に連動して変化させることを特徴とする請求項１，２，３，４，５または６記載の星空の表示方法。
8. 前記局所光源の明るさを小刻みに変化させることによりまたたき効果を得ることを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６または７記載の星空の表示方法。
9. 多数の恒星を描いた星空のパターンを印刷または写真工程で作成した画像面を有する基材と、
   前記基材の上の所定の個所に配置した１以上の発光部と、
   前記発光部を明るい星として視認させるための局所光源と、
   前記画像面の星空のパターンを視認させるためのバックライトまたはフロントライトとを備え、
   所定の星のみを明るく輝かせることを特徴とする星空ディスプレイ装置。
10. 前記基材は、光透過性と拡散性を有し、
    前記基材の裏面側に配置されたバックライトまたは局所光源により照明されることを特徴とする請求項９記載の星空ディスプレイ装置。
11. 前記基材の表面側からの照明により基材上に形成された星空のパターンを表示することを特徴とする請求項９記載の星空ディスプレイ装置。
12. 前記発光部は、基材の所定の個所に１以上配置され、
    前記基材の所定の個所に孔を開け、該孔に光源からの光を導入するための光ファイバを挿入して前記発光部を発光させることを特徴とする請求項９，１０または１１記載の星空ディスプレイ装置。
13. 前記局所光源はランプであることを特徴とする請求項９，１０または１１記載の星空ディスプレイ装置。

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