JP4898303B2 - プラネタリウムの恒星投影機 - Google Patents

Description

本発明は、プラネタリウムにおいて恒星，天の川，星雲，星団などの天体（以降、「星」と総称する）を１以上の投影ユニットで投影する恒星投影機に関する。

プラネタリウムの恒星投影機では、従来、複数の投影ユニット手段を用いて全天の星を投影するに際し、恒星球の中心のまわりに投影ユニット手段を球面上に配置し、その中心に光源を設置する方式が長く採用されてきた。
しかしこの方式では、光源から出る光を外部に漏洩させないように光源を密閉して設置しなければならず、光源が発散する熱により恒星球の温度が上昇しやすくなるため、冷却装置が必要になったり、過熱を防ぐためには恒星球の寸法を有る程度大きくしなければならなかった。

しかし恒星球の寸法が大きくなることは、製造コストが余分にかかり、また恒星投影球が観客の視界を妨げるなどの問題につながっていた。また、恒星球の内部に光源を設置することは、光源のメンテナンスを困難にし、万一光源として使用するランプが破損，破裂すると、恒星球の内部のレンズ系に損傷を与えたり、清掃に多大の時間を要したりするなどの問題点があった。

特許文献１で公知となっている恒星投影機では、光源を恒星投影機の外部に設置することにより、前記のような問題点の解決を図っているが、表面に設置する光源装置の寸法には制約があり、しかも光源装置は恒星球の回転運動によってさまざまな姿勢角となるため、設置姿勢角に制限のあるランプを光源として使用できなかった。また複雑で重量のかさむランプの電源装置や安定器，始動装置などを恒星球に設置する必要があるため、恒星球の小型化を妨げていた。さらに、従来技術のように恒星投影機に光源を設置する場合、冷却ファンを設置する必要が生じ、冷却ファンから発生する騒音が上映の妨げになっていた。
特開２００１−１０９０６３号公報 特開２００６−１８１１５号公報

すなわち、前記プラネタリウムの恒星投影機では、恒星球に大量の熱を発散する光源が設置されているために、恒星球の小型化を妨げ、しかも冷却装置が騒音を発しているので、恒星投影機がコストアップとなり、騒音が上映を妨げていた。
また、恒星投映筒に対し光源を離れた位置に設置するものとして複数の光源を光ファイバ束を用いて複数の恒星投映筒に接続する提案がなされている（特許文献２）。
この提案は、１個の光源により恒星像の輝度を高める場合に比し、各光源自体の大きさが小さくて済み、排熱の熱量も小さくでき、光源の設置位置も任意の位置に設定できるとされている。

しかしながら、この提案は各光源の光を光ファイバ束で離れた恒星投映筒に送るという構成によって各光源自体の小型化を実現しているものの、恒星投映機全体の大きさ、特に恒星投映筒を支持し、緯度方向および日周軸を回動する恒星球の大きさを小さくする点については何ら解決する手段を示していない。各光源を小型化できても、恒星投映筒自体の小型化に寄与できなければ複数の恒星投映筒を支持する恒星球および複数の光源よりなる恒星投映機の小型化はそれほど期待できない。

本発明の目的は、光源を恒星球の外部に設け、架台フォーク（基台）に対し回動可能な中空の回動緯度軸の端面に光源からの光を接続し、該緯度回動軸の内部に光を導き、回動緯度軸の略中央部の位置に回動可能に設置された日周回動軸内の中空部を介して光を恒星球内に導くことにより、恒星球の小型化に寄与し、恒星球の回転運動によらず地面などに固定して設置でき、サイズの制約がなく、十分に余裕をもった容量の光源を使用することができるプラネタリウムの恒星投影機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の請求項１は、複数の投影ユニット手段によって半球状のドーム内壁面に恒星およびその他の天体を含む星空を分割投影して全天を完成させるプラネタリウムの恒星投影機において、基台に回動可能に取り付けられ前記投影ユニット手段が設置された恒星球を支持する中空の緯度回動軸と、前記恒星投影機の恒星球の外部に設置された光源装置と、前記光源装置からの光を前記緯度回動軸端まで導く外部導光手段と、前記緯度回動軸の中空部に嵌入され、入射側端面が前記外部導光手段の出射側端面と回動可能に接続され、出射側端部は前記緯度回動軸の略中央部から恒星球の内部に導入される緯度回動軸貫通導光手段とを備え、前記光源装置の光を恒星投影機の恒星球内部に導くことを特徴とする。
本発明の請求項２は複数の投影ユニット手段によって半球状のドーム内壁面に恒星およびその他の天体を含む星空を分割投影して全天を完成させるプラネタリウムの恒星投影機において、基台に回動可能に取り付けられ前記投影ユニット手段が設置された恒星球を支持する中空の緯度回動軸と、前記緯度回動軸の中空部に嵌入され、入射側端面が前記緯度回動軸の端部に配置され、出射側端部が前記緯度回動軸の略中央部から恒星球の内部に導入される緯度回動軸貫通導光手段と、前記恒星球の外部に設置され、出射する光を前記緯度回動軸貫通導光手段の入射側端面に集光させる光源装置とを備え、前記光源装置の光を恒星投影機の恒星球内部に導くことを特徴とする。
本発明の請求項３は請求項１または２記載の発明において前記緯度回動軸貫通導光手段の光を恒星球の内部に導入する手段は、前記緯度回動軸の中空部に連通する貫通孔を有し、前記緯度回動軸の直角方向に固定され、前記恒星球の日周回動軸に対し回動可能に取り付けた日周ベースと、入射側端面が、前記日周ベース内に導入された前記緯度回動軸貫通導光手段の出射側端面と回動可能に接続され、出射側端部が前記投影ユニット手段に導かれる日周回動軸導光手段とからなることを特徴とする。
本発明の請求項４は、請求項３記載の発明において前記日周回動軸導光手段の出射側を分岐し、複数設置された前記投影ユニット手段にそれぞれ光を導くことを特徴とする。
本発明の請求項５は、請求項１または２記載の発明において前記緯度回動軸貫通導光手段の光を恒星球の内部に導入する手段は、前記緯度回動軸の中空部に連通する貫通孔を有し、前記緯度回動軸の直角方向に固定され、前記恒星球の日周回動軸に対し回動可能に取り付けた日周ベースと、前記日周ベースに導入された前記緯度回動軸貫通導光手段の出射側端部の端面に配置された負の屈折力を持つレンズとからなり、複数設置された前記投影ユニット手段をそれぞれ照明することを特徴とする。
本発明の請求項６は請求項１，２，３，４または５記載の発明において前記導光手段は、光ファイバ，光ファイバ束，ガラスロッド，ガラス管，内壁面が鏡面反射するよう構成された中空軸または透明な液体を充填された液体ライトガイドを用いることを特徴とする。

上記構成によれば、恒星球の回転運動によらず地面などに固定して設置されるので、サイズの制約がなく、十分に余裕をもった容量の光源を使用できるため、恒星球を小型化しつつ、恒星像の輝度を高め、よりリアルな星空を投影できることになる。また、この光源装置は、十分な遮音性を持った箱や、ドームの外部に設置することもできるため、光源の冷却装置による騒音が上映を妨げる影響を防ぐことができる。また、光源が固定されているために、光源として使用するランプの交換作業も容易になり、上映中に光源が切れた場合でも、きわめて短時間で光源を交換することができ、また自動的に予備光源に交換する機構を用いれば、より短時間での復旧を可能とし、ランプ切れの影響を極めて小さくすることができ、運用の信頼性を向上させることができる。

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および図２は、本発明によるプラネタリウムの恒星投影機の実施の形態を示す断面図および一部破断して示した斜視図である。
恒星投影機は、北天恒星球１と南天恒星球２で構成されており、半球上の各恒星球の底部には中空の日周回動軸３が固定され、該日周回動軸３はボールベアリング１６を介して貫通孔１７ａを有する日周ベース１７に回動可能に保持されている。
中空の日周ベース１７は中空の緯度回動軸４の略中央に、緯度回動中心４ａに対し直角方向に固定されており、日周ベース１７の貫通穴１７ａと緯度回動軸４の中空部４ｂとは連通している。緯度回動軸４の両端はボールベアリング５を介して架台フォーク（基台）７に緯度方向に回動可能に取り付けられている。
このような構成により緯度回動軸４および日周回動軸３はそれぞれ任意に回動できるようになっている。
南天北天それぞれの恒星球１および２には、それぞれ複数の投影ユニット６が装着され、分割された天球のあらかじめ設定された範囲の星野を投影できるように構成されている。

光源装置８は、恒星投影機の外部に設置されており、この実施の形態では南北天恒星球に対しそれぞれ１つづつの光源が内蔵されている。光源は高圧放電ランプ９と回転楕円面ミラー１０により構成され、高圧放電ランプ９から発した光は回転楕円面ミラー１０により、液体ライトガイド１１の入射端面に焦点を結び、液体ライトガイド１１内に入射する。
液体ライトガイド１１は、内側に例えば高屈折率の液体が封入された樹脂管であり、端面に入射した光を、液体と樹脂管の境界面を全反射させながら内部を出力端まで送る光ファイバと同等の機能を持つものである。光は液体ライトガイド１１により、恒星投影機の緯度回動軸光結合面１２ａまで導かれる。

恒星投影機の緯度回動軸４の中空部４ｂにはガラス材で製作されたガラスロッド１３が嵌入されている。このガラスロッド１３は、緯度回動軸４および緯度回動軸４の中央部に固定されている日周ベース１７と共に回転するが、液体ライトガイド１１の出射側端面とガラスロッド１３の入射側端面は、互いに緯度回動軸光結合面１２ａで接しており、緯度回転軸４の回動にかかわらず、液体ライトガイド１１から出射した光は常にガラスロッド１３に入射するようになっている。

図３は、液体ライトガイドとガラスロッドの結合面付近の詳細を示す一部破断斜視図である。
低屈折率チューブ２２に高屈折液体２１を封入した液体ライトガイド１１は、架台フォーク７に固定されたライトガイド支持部２５によってその出力側端部付近が固定されている。液体ライトガイド１１の出力側端部は緯度回動軸４の端部に向けて曲げられ、その端面は緯度回動軸光結合面１２ａに対面させられる。
一方、架台フォークの上部側面にはボールベアリング５が固定され、このボールベアリング５の内輪に緯度回動軸４に固着された緯度回動軸支持部材２６が支持されている。緯度回動軸４はボールベアリング５によって回動可能となっている。緯度回動軸４の中空部に嵌入されているガラスロッド１３は緯度回動軸支持部材２６内を貫通し、その入射側端面は緯度回動軸光結合面１２ａで液体ライトガイド１１の出射側端面と対面接続されている。緯度回動軸光結合面１２ａは緯度回動中心であるため、緯度回動軸４内のガラスロッド１３の端面が回動しても、液体ライトガイド１１の出射側端面から出射される光はロスなくガラスロッド１３の入射側端面に入射する。

図１および図２において、ガラスロッド１３は、恒星球中心付近でＬ字状になめらかに屈曲しており、その出力側端部は日周ベース１７の貫通孔１７ａに導かれている。
貫通孔１７ａ内ではガラスロッド１３の出力側端面と光ファイバ１４の入射側端面とが日周回動軸光結合面１５ａで接している。光はガラスロッド１３の内面をあたかも光ファイバ内面と同じように全反射しながら進み、ガラスロッド１３の出射側端面から出射し、その光は、光ファイバ束１４に導かれ、複数に分岐した光ファイバ束によって各投影ユニット６に結合されている。

図４は、ガラスロッドと光ファイバの結合面付近の詳細を示す斜視図である。
緯度回動軸４の中央の両側（一方側は図示していない）に連通する孔４ｃが設けられ、この孔４ｃより日周ベース１７の貫通孔１７ａに屈曲したガラスロッド１３の端部が導入される。緯度回動軸４には光ファイバ１４を保持するためのファイバ支持板２０が設けられている。ファイバ支持板２０には光ファイバ１４を導入するための孔２０ａを有し、この孔２０ａより日周ベース１７の貫通孔１７ａ内に入る光ファイバ１４の入射側端面は、日周回動軸上の日周回動軸光結合面１５ａの位置で上記ガラスロッド１３の出射側端面と接している。したがって、恒星球１および２の日周回動軸３が回動しても、ガラスロッド１３から出射した光は、ロスなく光ファイバ束１４を介して投影ユニット６内に導かれ、コンデンサレンズ１８で集光され投影原板１９を照明する。

液体ライトガイド１１は、長さによらず光を導くことができるので、液体ライトガイド１１を十分長くして光源装置８をドーム施設の外に設置すれば、光源装置８から発散する騒音はドーム内の上映に影響せず、また光源装置のメンテナンスは極めて容易なものとなる。このような構成により、恒星投影機を小型化して観客の視界を妨げることを防ぎつつ、高輝度でリアルな恒星像を投影可能なプラネタリウム投影機が実現できる。また光源装置が地面に固定されるため、光源装置がサイズの制約を受けず、任意の場所に設置できるため、光源の保守作業が容易になる。

図５は、本発明の他の実施の形態を示す断面図である。
この実施の形態は光源装置の光を中空の緯度回動軸端まで導く外部導光手段を省略し光源装置の光を直接緯度回動軸端に入射する例であり、この部分の構成を除き他の構成部分は図１と同じである。
高圧放電ランプ２９の光は楕円面ミラー３０によって集光され、緯度回動軸４の端面部分の緯度回転軸光結合面１２ａでガラスロッド１３の端面に入射するように設置されている。この入射点ではガラスロッド１３の直径とほぼ同じ大きさまたは小さい光束になっており、ガラスロッド１３の端面が回動してもガラスロッド１３に入射する光量が変わることはない。この例は光源装置を緯度回動軸４の両端側に設置しなければならないので、光源設置の自由度はないが、外部導光手段を省くことができるので、図１に比較し簡易な構成となる。

図６は、本発明のさらに他の実施の形態を示す断面図である。
図１では日周回動軸導光手段を光ファイバで構成していたが、この実施の形態は、光ファイバではなくガラスロッドの出力端面に負のレンズを設け、各投影ユニットを照明するようにしたものである。他の構成部分は図１と変わらない。
ガラスロッド１３の出力側端面は日周回動軸光結合面１５ａにあり、ガラスロッド１３の出力側端面に対面して負レンズ２８が配置されている。負レンズ２８は日周回動軸３に固定され、その光軸が日周回動中心３ａと一致するように取り付けられている。そのため日周回動軸３が回動しても、負レンズ２８は日周回動中心を回動するため、北天恒星球１と南天恒星球２に設置されている複数の投影ユニット６にそれぞれ入射する光の量は変化することはない。

以上の実施の形態は、外部導光手段に液体ライトガイドを、緯度軸貫通導光手段にガラスロッドをそれぞれ用いた例を説明したが、液体ライトガイドに代えて光ファイバ，光ファイバ束，ガラスロッド，ガラス管，内壁面が鏡面反射するよう構成された中空軸を用い、ガラスロッドに代えて，ガラス管，内壁面が鏡面反射するよう構成された中空軸透明な液体を充填された液体ライトガイドを用いることも可能である。また、緯度軸貫通導光手段に光ファイバ，光ファイバ束を用いることもできるが、かかる場合には入射側端面から入る光がガラスロッドの場合と比較し入射ロスが生じることとなる。

イベント会場やプラネタリウム設置施設に設置される、星を複数の投影ユニットで投影する恒星投影機である。

本発明によるプラネタリウムの恒星投影機の実施の形態を示す断面図である。 本発明によるプラネタリウムの恒星投影機を一部破断して示した斜視図である。 液体ライトガイドとガラスロッドの結合面付近の詳細を示す一部破断斜視図である。 ガラスロッドと光ファイバの結合面付近の詳細を示す斜視図である。 本発明の他の実施の形態を示す断面図である。 本発明のさらに他の実施の形態を示す断面図である。

符号の説明

１ 北天恒星球
２ 南天恒星球
３ 日周回動軸
４ 緯度回動軸
５，１６ ボールベアリング
６ 投影ユニット
７ 架台フォーク（基台）
８ 光源
９，２９ 高圧放電ランプ
１０，３０ 楕円面ミラー
１１ 液体ライトガイド
１２ａ 緯度回動軸光結合面
１３ ガラスロッド
１４ 光ファイバ
１５ａ 日周回動軸光結合面
１７ 日周ベース
２１ 高屈折液体
２２ 低屈折率チューブ
２３ ガラス窓
２５ ライトガイド支持部
２６ 緯度回転軸支持部材
２８ 負レンズ

Claims (6)

1. 複数の投影ユニット手段によって半球状のドーム内壁面に恒星およびその他の天体を含む星空を分割投影して全天を完成させるプラネタリウムの恒星投影機において、
   基台に回動可能に取り付けられ前記投影ユニット手段が設置された恒星球を支持する中空の緯度回動軸と、
   前記恒星投影機の恒星球の外部に設置された光源装置と、
   前記光源装置からの光を前記緯度回動軸端まで導く外部導光手段と、
   前記緯度回動軸の中空部に嵌入され、入射側端面が前記外部導光手段の出射側端面と回動可能に接続され、出射側端部は前記緯度回動軸の略中央部から恒星球の内部に導入される緯度回動軸貫通導光手段とを備え、
   前記光源装置の光を恒星投影機の恒星球内部に導くことを特徴とするプラネタリウムの恒星投影機。
2. 複数の投影ユニット手段によって半球状のドーム内壁面に恒星およびその他の天体を含む星空を分割投影して全天を完成させるプラネタリウムの恒星投影機において、
   基台に回動可能に取り付けられ前記投影ユニット手段が設置された恒星球を支持する中空の緯度回動軸と、
   前記緯度回動軸の中空部に嵌入され、入射側端面が前記緯度回動軸の端部に配置され、出射側端部が前記緯度回動軸の略中央部から恒星球の内部に導入される緯度回動軸貫通導光手段と、
   前記恒星球の外部に設置され、出射する光を前記緯度回動軸貫通導光手段の入射側端面に集光させる光源装置とを備え、
   前記光源装置の光を恒星投影機の恒星球内部に導くことを特徴とするプラネタリウムの恒星投影機。
3. 前記緯度回動軸貫通導光手段の光を恒星球の内部に導入する手段は、
   前記緯度回動軸の中空部に連通する貫通孔を有し、前記緯度回動軸の直角方向に固定され、前記恒星球の日周回動軸に対し回動可能に取り付けた日周ベースと、
   入射側端面が、前記日周ベース内に導入された前記緯度回動軸貫通導光手段の出射側端面と回動可能に接続され、出射側端部が前記投影ユニット手段に導かれる日周回動軸導光手段とからなることを特徴とする請求項１または２記載のプラネタリウムの恒星投影機。
4. 前記日周回動軸導光手段の出射側を分岐し、複数設置された前記投影ユニット手段にそれぞれ光を導くことを特徴とする請求項３記載のプラネタリウムの恒星投影機。
5. 前記緯度回動軸貫通導光手段の光を恒星球の内部に導入する手段は、
   前記緯度回動軸の中空部に連通する貫通孔を有し、前記緯度回動軸の直角方向に固定され、前記恒星球の日周回動軸に対し回動可能に取り付けた日周ベースと、
   前記日周ベースに導入された前記緯度回動軸貫通導光手段の出射側端部の端面に配置された負の屈折力を持つレンズとからなり、
   複数設置された前記投影ユニット手段をそれぞれ照明することを特徴とする請求項１または２記載のプラネタリウムの恒星投影機。
6. 前記導光手段は、光ファイバ，光ファイバ束，ガラスロッド，ガラス管，内壁面が鏡面反射するよう構成された中空軸または透明な液体を充填された液体ライトガイドを用いることを特徴とする請求項１，２，３，４または５記載のプラネタリウムの恒星投影機。

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