JP5244098B2 - 星域（ｓｔａｒｆｉｅｌｄ）投影装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般的には投影装置に関し、具体的には移動星域投影装置に関する。

・関連出願の相互参照：本出願は、２００６年６月２１日になされた仮出願６０/８１５,７４７の優先日を主張する。
・連邦政府による資金提供を受けた研究：適用外
・配列表またはプログラム：適用外
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投影装置は、家庭、オフィス、建築照明、そしてプラネタリウムでの用途などに使用される。本技術分野では、いくつかの投影装置が開発されてきた。Sadlerによる米国特許第７,００４,５８８号に開示されたプラネタリウム用プロジェクタは、実質的に対称な光線強度を有する点光源と、約２ｍｍ未満の見かけの断面とを有し、それによって、特定の円錐角を有する高強度の光ビームを作り出すことができるものであり、更に、複数の天星の各々の位置に対応する透明領域と不透明領域とを有したエンクロージャを有する。そして、本プロジェクタにおいては、エンクロージャは内面と外面とを有し、光分散レンズアセンブリがエンクロージャの内部に配置されている。 本プロジェクタはまた、可動式点光源を有し、当該点光源は、光源、集光要素そして導光管を有し、それは、小さな断面積で高強度の光を提供する用途に適したものである。

Hinkleによる米国特許第５,０８２,４４７号に開示された星投影装置は、不透明フィルムシートから形成されており、シートを折ることで６面の立方エンクロージャが形成される。そして、当該フィルムはその全面にわたって透明な点を有し、それらの点は、装置を囲む面に投影された時点で、星の位置を表すことになる。また、小さな点状の光源がエンクロージャの中央に配置されており、それが６つの側面の全てを同時に通過する形に光を放射すると、装置を囲む面にはホリゾンのない形で実質３６０度の星の投影が実現される。近くの星は、透明な点から線状に延びた形で表され、それは、星の拡大した日心視差運動に対応するベクトルを表している。

Kuehnによる米国特許第４,７７６,６６６号に開示されているのは、プラネタリウムで恒星を投影するための改良型プロジェクタであり、光ファイバ光導体を用いることで、投影された空の輝きや明るさを高める。本装置は、少なくとも１つの光源、１つの集束器、１枚の星プレートまたはテンプレート、１枚のレンズを有しており、星プレートテンプレートをプラネタリウムのドームに投影する。光ファイバ光導体ケーブルが、集束器とこれに組み合わされた星プレートまたはテンプレートとの間に設けられ、当該ケーブルについては、その光入射端部は集束器に対向しており、光ファイバ光ガイドまたは光ファイバ光ガイドの束から成る。そして、光ファイバ光導体ケーブルの反対側の端部は、複数の光ファイバ光導体および／または光ファイバ光導体の束に分かれ、それらの光出射端部は、星プレートまたはテンプレートの上の複数の位置（照らされる位置）に割り当てられる。上記の装置は星を投影するものであるが、本発明の装置は、これら装置とは、紺色の雲と共に移動する星域を提供する点で異なっている。加えて、本発明が移動する星域および紺色の雲状の効果を作り出すために用いる手段（光源、光学要素）および、それらの配置も異なっている。

本発明が目的とするのは、移動する星域と紺色の雲状効果とを作り出す投影装置である。

本装置は、主要部として、コヒーレント光源および非コヒーレント光源、そして複数の光学要素を有する。コヒーレント光源は単色レーザであり、非コヒーレント光源は発光ダイオード（ＬＥＤ）である。紺色の雲状効果を作り出す手段は、ＬＥＤ、干渉フィルタホイール、内側集束レンズおよび外側集束レンズ、そして第１モータから成る。干渉ホイールは内側集束レンズと外側集束レンズとの間にある。ＬＥＤは内側レンズの背後にある。ＬＥＤからの光はこれらレンズと干渉ホイールとを通過する。第１モータは干渉フィルタホイールを回転させ、これが、ゆっくりと移動する紺色の雲の効果をもたらす。

移動する星域を生成する手段は、レーザ、グレーティングホイール、２つの回析光学要素、そして第２モータから成る。回析光学要素はグレーティングホイールとレーザとの間にある。

レーザからの光は、第２モータがグレーティングホイールを回転させると共に、回析光学要素とグレーティングホイールとを通過し、移動する星域の効果を作り出す。電源および調整手段は、モータおよび光源の動作を制御する。

図面を参照する。本発明の星域投影装置の好適な実施の形態は、全体的には、図１のように図示される。本発明は、紺色の雲状の効果と共に移動する星域を作り出す。
図１を参照する。星域投影装置１０は、コヒーレント光源および非コヒーレント光源、電源および調整手段、一対の集束レンズ（内側３２、外側３４）、干渉ホイール１２、グレーティングホイール１４、一対の回析光学要素３６、そして一対のモータを有する。コヒーレント光源は単色レーザ１６で成り、非コヒーレント光源は一対の発光ダイオード（ＬＥＤ）１８で成る。

電源および調整手段は、交流電源、全波ブリッジ整流器・フィルタ回路２４、モータ電流制御ユニット２６、ＬＥＤ電流調整器２８、そしてレーザダイオード電源３０で成る。入力された交流は、全波ブリッジ整流器・フィルタ回路２４によって整流およびフィルタ処理され、その結果、所望の直流出力が得られる。直流出力は、ＬＥＤ電流調整器２８、レーザダイオード電源３０、そしてモータ電流制御２６に供給される。

ＬＥＤ１８、第１モータ２０、干渉フィルタホイール１２、そして内側集束レンズ３２および外側集束レンズ３４から成る構成により、紺色の雲状効果が作り出される。干渉フィルタホイール１２は、図１に示すように、内側レンズ３２と外側レンズ３４との間に配置されている。外側レンズ３４は内側レンズ３２よりも大きい。実施の形態の１つとして、外側レンズ３４には５０ｍｍの集束レンズを使用し、内側レンズ３２には１０ｍｍの集束レンズを使用する。干渉フィルタホイール１２は第１モータ２０によって回転させられる。ＬＥＤ１８からの光ビームは、内側レンズ３２と回転する干渉フィルタホイール１２とを通過し、その後、外部の集束レンズ３４によって集められ向きを変えられて、雲状効果を作り出す。干渉フィルタホイール１２の定期的な回転により、雲の動きはスローモーションとなる。雲は紺色としてあるが、それ以外の色や他の特徴を有するものとして作ることもできる。

さらに図１を参照する。星域の運動は、グレーティングホイール１４、第２モータ２２、回析光学要素３６、そしてレーザ１６を用いて生じさせる。第２モータ２２はグレーティングホイール１４を回転させるために使用される。モータ電流制御ユニット２６は、第２モータ２２の動作を制御する。回析光学要素３６は、グレーティングホイール１４とレーザ１６との間に位置する。レーザ１６からの光ビームは回析光学要素３６を通過する。回析光学要素３６からの光出力は、回析後の光ビームの干渉のため、回転するグレーティングホイール１４を通過して明るい点を作り出す。こうして作り出された明るい点は星に見える。グレーティングホイール１４の定期的な回転により、星域の運動が引き起こされる。モータ制御ユニットは、第２モータの速度またはｒｐｍの制御に用いられる。星は、紺色の雲に重なる形となる。

本明細書（添付の特許請求の範囲、要約書、そして図面を含む）に開示された全ての特徴部は、そうでないことを明言しない限り、同一、同等または同様の目的を果たす代替の特徴部と置き換えることもできる。つまり、ここに開示した各々の特徴部は、そうでないことを明言しない限り、同等または同様の特徴部の一般的な集合のうちの一例にすぎない。

特許請求の範囲において、特定の機能を実行するための「手段（means）」または特定の機能を実行するための「ステップ（step）」を明示していない要素は、いかなるものでも、米国特許法第１１２条第６パラグラフで指定されるところの“means-clause”または“step-clause”と解釈されるべきものではない。特に、ここでの特許請求の範囲における「ステップ」の用法は、米国特許法第１１２条第６パラグラフの条項の援用を意図していない。

以上、本発明の好適な実施の形態を示し、それについて述べてきたが、本実施の形態に対しては、本発明の思想および範囲から逸脱しない形で、様々な変更および代替を行うことができるであろう。すなわち、以上の本発明の説明は、例示のためであって限定のためではないと理解すべきである。

本発明の星域投影装置を示す機能ブロック図である。

符号の説明

１０ 星域投影装置
１２ 干渉フィルタホイール
１４ グレーティングホイール
１６ レーザダイオード
１８ 発光ダイオード（ＬＥＤ）
２０ 第１モータ
２２ 第２モータ
２４ 全波ブリッジ整流器・フィルタ
２６ モータ電流制御ユニット
２８ ＬＥＤ電流調整器
３０ レーザダイオード電源
３２ 内側集束レンズ
３４ 外側集束レンズ
３６ 回析光学要素

Claims (34)

1. 移動する星域と移動する雲状効果とを作り出す投影装置であって、
   ａ．少なくとも１つの非コヒーレント光源を用いて、移動する雲状効果を作り出す手段と、
   ｂ．少なくとも１つのコヒーレント光源を用いて、移動する星域を作り出す手段と、そして、
   ｃ．電力を供給および調整する手段と、
   を有し、
   前記少なくとも１つの非コヒーレント光源を用いて移動する雲状効果を作り出す手段は、前記非コヒーレント光源からの光を通過するように配された干渉フィルタホイールと、前記干渉フィルタホイールにおける前記非コヒーレント光源の光の通過位置が変化するように前記干渉フィルタホイールを回転させるモータとを備える
   ことを特徴とする投影装置。
2. 前記少なくとも１つの非コヒーレント光源を用いて移動する雲状効果を作り出す手段は、少なくとも１対の集束レンズを有し、
   前記干渉フィルタホイールは、前記少なくとも１対の集束レンズの間に配置されていること、
   を特徴とする請求項１に記載の投影装置。
3. 前記少なくとも１対の集束レンズは、外側集束レンズと、当該外側集束レンズよりも小さい内側集束レンズとで成ること、
   を特徴とする請求項２に記載の投影装置。
4. 前記少なくとも１つの非コヒーレント光源からの光は、内側集束レンズと回転する干渉フィルタホイールとを通過させられ、その後、外側集束レンズによって集光され方向を変えられて、雲状効果を作り出すこと、
   を特徴とする請求項３に記載の投影装置。
5. 前記少なくとも１つの非コヒーレント光源は内側集束レンズの背後にあること、
   を特徴とする請求項３に記載の投影装置。
6. 干渉フィルタホイールを回転させるモータはＡＣモータであること、
   を特徴とする請求項２に記載の投影装置。
7. 干渉フィルタホイールを回転させるモータの速度またはｒｐｍを制御するモータ制御ユニットを更に有すること、
   を特徴とする請求項２に記載の投影装置。
8. 少なくとも１つのコヒーレント光源を用いて移動する星域を作り出す前記手段は、グレーティングホイールと、少なくとも１つのコヒーレント光源とグレーティングホイールとの間に配置された少なくとも２つの回析光学要素と、そして、グレーティングホイールを回転させるモータと、を有すること、
   を特徴とする請求項１に記載の投影装置。
9. 前記少なくとも１つのコヒーレント光源が発する光が、回析光学要素と回転するグレーティングホイールとを通過することで、移動する星域が作り出されること、
   を特徴とする請求項８に記載の投影装置。
10. 移動する星域はグレーティングホイールの周期的な回転によって作られること、
    を特徴とする請求項９に記載の投影装置。
11. グレーティングホイールを回転させるモータの速度またはｒｐｍを制御するモータ制御ユニットを更に有すること、
    を特徴とする請求項８に記載の投影装置。
12. グレーティングホイールを回転させる前記モータはＤＣモータであり、電力は全波ブリッジ整流器フィルタを介してモータに供給されること、
    を特徴とする請求項８に記載の投影装置。
13. 電力を供給および調整する前記手段は、交流入力と全波ブリッジ整流器フィルタとを有すること、
    を特徴とする請求項１に記載の投影装置。
14. コヒーレント光源と非コヒーレント光源とはそれぞれ、単色レーザ、発光ダイオード（ＬＥＤ）で成ること、
    を特徴とする請求項１に記載の投影装置。
15. 電力は、全波ブリッジ整流器フィルタとＬＥＤ電流調整器とを介してＬＥＤに供給されること、
    を特徴とする請求項１４に記載の投影装置。
16. 電力は、全波ブリッジ整流器フィルタとレーザダイオード電源とを介してレーザに供給されること、
    を特徴とする請求項１４に記載の投影装置。
17. 前記星域は雲状効果に重ねられること、
    を特徴とする請求項１に記載の投影装置。
18. 前記雲状効果は紺色であること、
    を特徴とする請求項１に記載の投影装置。
19. 少なくとも一つのコヒーレント光源と、少なくとも１つの回折光学要素と、前記少なくとも一つのコヒーレント光源に電力供給する電源と、を有し、前記少なくとも１つのコヒーレント光源からの光を前記少なくとも１つの回折光学要素に通過させることにより星域を作り出す手段と、
    少なくとも１つの非コヒーレント光源と、干渉フィルタホイールと、前記干渉フィルタホイールを回転させるモータとを有し、前記少なくとも１つの非コヒーレント光源からの光を前記モータにより回転する前記干渉フィルタホイールに透過し、前記干渉フィルタホイールにおける前記光の透過位置を変化させることにより、移動する雲状効果を作り出す手段とを有すること、
    を特徴とする投影装置。
20. 前記星域を作り出す手段は、グレーティングホイールと、当該グレーティングホイールを回転させるモータとを更に有し、
    前記少なくとも１つの回折光学要素は、前記少なくとも１つのコヒーレント光源と前記グレーティングホイールとの間に配置されており、
    前記少なくとも１つのコヒーレント光源からの光を、前記電源からの電力供給を受けた前記モータにより回転する前記グレーティングホイールと、前記少なくとも１つの回折光学要素とに通過させることで移動する星域を作り出すように構成されていること、
    を特徴とする請求項１９に記載の投影装置。
21. 前記雲状効果を作り出す手段は第１の集束レンズを有し、
    前記少なくとも１つの干渉フィルタホイールは、前記非コヒーレント光源と前記第１の集束レンズとの間に配置されており、
    前記少なくとも１つの非コヒーレント光源からの光を、前記電源からの電力供給を受けた前記モータにより回転する前記干渉フィルタホイールと、前記第１の集束レンズとに通過させることで雲状効果を作り出すように構成されていること、
    を特徴とする請求項１９に記載の投影装置。
22. 移動する星域はグレーティングホイールの定期的な回転によって作られること、
    を特徴とする請求項２０に記載の投影装置。
23. グレーティングホイールを回転させるモータの速度またはｒｐｍを制御するモータ制御ユニットを更に有すること、
    を特徴とする請求項２０に記載の投影装置。
24. グレーティングホイールを回転させるモータはＤＣモータであり、電力は全波ブリッジ整流器フィルタを介して、グレーティングホイールを回転させるモータに供給されること、
    を特徴とする請求項２０に記載の投影装置。
25. 第２の集束レンズを更に有し、
    第１の集束レンズおよび第２の集束レンズは外側集束レンズおよび内側集束レンズであり、動作時、少なくとも１つの非コヒーレント光源からの光は内側集束レンズと回転する干渉フィルタホイールとを通過した後、外側集束レンズによって集光され方向を変えられて、雲状効果を作り出すこと、
    を特徴とする請求項２１に記載の投影装置。
26. 少なくとも１つのコヒーレント光源は単色レーザであること、
    を特徴とする請求項１９に記載の投影装置。
27. 干渉フィルタホイールを回転させるモータはＡＣモータであること、
    を特徴とする請求項２１に記載の投影装置。
28. 干渉フィルタホイールを回転させるモータの速度またはｒｐｍを制御するモータ制御ユニットを更に有すること、
    を特徴とする請求項２１に記載の投影装置。
29. 少なくとも１つの非コヒーレント光源は発光ダイオード（ＬＥＤ）であること、
    を特徴とする請求項２１に記載の投影装置。
30. 星域は雲状効果に重ねられること、
    を特徴とする請求項２１に記載の投影装置。
31. 少なくとも１つの非コヒーレント光源と、干渉フィルタホイールと、前記干渉フィルタホイールを回転させるモータとを用い、前記少なくとも１つの非コヒーレント光源からの光を前記モータにより回転する前記干渉フィルタホイールに通過し、前記干渉フィルタホイールにおける光の通過位置を変化させることにより、移動する雲状効果を作り出し、
    少なくとも一つの回折光学要素と、少なくとも一つのコヒーレント光源とを用い、前記少なくとも一つのコヒーレント光源からの光を前記少なくとも一つの回折光学要素に通過させることにより、星域を作り出すこと、
    を特徴とする星域生成方法。
32. グレーティングホイールに、コヒーレント光源からの光を通過させると共に、
    グレーティングホイールに装着されたモータによってグレーティングホイールを回転させること、
    を特徴とする請求項３１に記載の星域生成方法。
33. 第１の集束レンズを用い、
    前記非コヒーレント光源からの光を前記第１の集束レンズと、前記干渉フィルタホイールとに通過させて雲状効果を作り出すこと、
    を特徴とする請求項３２に記載の星域生成方法。
34. 前記第１の集束レンズは外側集束レンズであり、
    内側集束レンズとして第２の集束レンズを用い、
    前記第１の集束レンズと前記第２の集束レンズとの間に前記干渉フィルタホイールを配置し、
    前記非コヒーレント光源からの光を前記第２の集束レンズ及び前記干渉フィルタホイールに透過し、前記第１の集束レンズにおいて集光し且つ方向を変えることにより、前記雲状効果を作り出すこと、
    を特徴とする請求項３３に記載の星域生成方法。

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