JP5295411B2 - 複合プラネタリウムシステム - Google Patents
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従来の恒星投影機の一例を図12に示す。
恒星投影機は南天の星野を投影する南天恒星球5と北天の星野を投影する北天恒星球2を備え、両者はちょうど相対する姿勢で設置されている。それぞれの中心には光源7があり、光源7から出た光は、それぞれの恒星球に取り付けられた投影ユニットに入射する。
光源からの光は、コンデンサレンズ9a,9b、実際の恒星の配置に合致するよう精密な孔を開けられた恒星原板10を通り、投影レンズ11によってスクリーンに星空を投影する。複数の投影ユニットによって投影される星野がちょうどドームスクリーン上でぴったりつなぎ合わされることにより、あたかも一つの星空のように投影される。この恒星投影機は、日周運動軸1と緯度変換軸3により自在に姿勢角を変えることができ、これにより地球上の任意の場所と時刻の星空を再現することができる。遮光半球6は地平線下に星が投影されないためのもので、重りによって常に水平位置より下の投影光を遮光する。
ドームスクリーン20周辺には、ドーム内の特定の範囲に映像を映し出すことのできるプロジェクタが3台設置されている。それぞれを21a,21bおよび21cとする。そのすべてを重ね合わせるとドームスクリーン上のほぼ全面を覆うことができるようになっており、それぞれのプロジェクタ21a,21bおよび21cがドームスクリーン上でどこを投影するかという投影範囲は予めそれぞれ割り当てられている。それぞれのプロジェクタは、リアルタイムで映像を生成できる映像コンピュータ22a,22bおよび22cから出力された映像信号を投影するようになっている。それぞれの映像コンピュータ22a,22bおよび22cは、ホストコンピュータ23と接続されている。
ホストコンピュータ23は、オペレータの指示入力やあらかじめ設定された自動シーケンスプログラムによって与えられる時刻,経度,緯度などのパラメータ(基本パラメータ)を算出し、それぞれの映像コンピュータに伝達する。
各映像コンピュータは、基本パラメータを元に、スクリーン上のどこにどの星が投影されるべきかを算出し、自己の投影範囲内にある星像を含む映像を作り出し、プロジェクタで投影させる。これにより、ドーム内の全面にホストコンピュータで指令された時刻と場所の星空が投影される。
このディジタルプラネタリウムの場合、コンピュータの映像生成いかんで、星だけでなく月や惑星、その他あらゆる天体、もしくは天体だけでなくあらゆる物体を自在に投影することもできる。
前記の光学式プラネタリウムとディジタルプラネタリウムを併設した形態となっている。光学式プラネタリウムは、ドーム中心に設置され、主に恒星のみを投影する。図14のディジタルプラネタリウムと同様に設置されたプロジェクタは、恒星以外のさまざまな天文現象、たとえば惑星や月、あるいは太陽の軌跡を示す黄道や天の赤道、座標線その他様々な物体を投影する。光学式プラネタリウムが設定する緯度や経度,日時などのパラメータと、ディジタルプラネタリウムのそれを一致させると、例えば光学式プラネタリウムで投影された星座に、ディジタルプラネタリウムによって星座の星を結ぶ線や星座絵などを位置を一致させて投影できるようになる。
このように、複合型プラネタリウムでは、光学式プラネタリウムが映し出す美しくリアルな星空と、ディジタルプラネタリウムの幅広い機能の両面を満足させることができる。
従来技術の光学式プラネタリウムは、精密加工によって作り出される恒星原板をレンズで直接拡大投影することにより、シャープでリアルな星像を投影することが可能だが、恒星以外の天体を投影することができないか、または恒星以外の天体を投影するには、専用の補助投影装置を取り付ける必要があったが、これらの補助投影機の分、投影機全体のサイズとコストアップを招く問題があった。また、ディジタルプラネタリウムでは、光学式恒星投影機の問題は容易に解決されるが、ディジタル映像を生成するコンピュータの処理能力や、投影用の液晶やDMDパネルの解像度およびコントラストの問題などにより、光学式のようなシャープな恒星像を投影することが困難で、特に明るい星が肥大しやすい問題点があり、リアルな星空を再現する目的を達成できないでいた。
例えば、市販のプロジェクタでは、現在、画像生成素子としてDMD素子や液晶素子を用いたものが主流であるが、これらのプロジェクタでは、映像をミュート(真っ黒)の状態にしても、画像生成素子の光の散乱や光学系の光漏れなどによって、完全に光量をゼロにすることができない。最も明るい状態(全白)と、最も暗い状態(全黒)の明るさの比を、コントラスト比と呼ぶが、通常は1:1000程度、最も性能の良いものでも1:20000程度にすぎない。
一方、恒星の明るさは、等級によって区別されるが、全天で最も明るい星はおおいぬ座のシリウスで−1.5等級である。そして、最も暗い星は、投影機の仕様によって様々であるが、たとえば10等級まで投影するとする。このとき、最も明るい星と最も暗い星の明るさの比率は、2.5110+1.5≒40000となる。
実際の夜空で、真っ暗と呼べる明るさは、プラネタリウムの投影で、画面を十分暗く表示するバックグランドレベルにしなければならない。このとき、10等星を表示するためには、10等星の明るさをプロジェクタのバックグラウンドレベルに対し、少なくとも10倍程度の明るさで表示しなければならないと考えると、輝度は、全白レベルに対して、10/10000=0.001となる。
一方、その40000倍の明るさのシリウスを表示するには、全白レベルに対して40000/10000となるので、4倍の輝度が必要である。この明るさを表示するのは上記性能のプロジェクタでは難しい。
本発明の目的は、美しくリアルな星空を再現可能でありながら、さまざまな映像演出も可能にする多機能な複合プラネタリウムシステムを提供することにある。
「高輝度領域側の所定の光度」を例えば3等星とし、「一定量明るい光度」を2等星分とすると、3等星から1等星まで光度の範囲の恒星はディジタル映像装置か、光学式恒星投影機かいずれかで投影するか、ディジタル映像装置および光学式恒星投影機による恒星の投影を混ぜて行うことができる。「高輝度領域側の所定の光度」の等級を低くし、「一定量明るい光度」の幅を大きくとれば、広範囲な明るさに入る恒星の数は多くなり、かなりの数の恒星はいずれの投影機,映像装置でも投影できる。
本発明の請求項2は、請求項1記載の発明において前記光学式恒星投影機から投影される輝星を個別にON/OFFまたは光量を制御する手段を有することを特徴とする。
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光学式恒星投影機は、暗い星を投影する機能も有し、該光学式恒星投影機から投影される暗い星の投影を、輝星とは独立してON/OFFまたは光量を制御する手段を有することを特徴とする。
本発明の請求項4は、請求項1,2または3記載の発明において前記輝星は、個別の恒星に相当する輝星投影ユニットで投影することを特徴とする。
本発明の請求項5は、請求項4記載の発明において前記輝星投影ユニットは暗い星を投影するための恒星原板を有する微光星投影ユニットとともに設けられ、光ファイバを装着し、この光ファイバの一端に光線を導くことにより構成され、特定の恒星の輝度を上げ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光学式恒星投影機とディジタル映像装置の位置関係を正確に維持するため、光学式恒星投影機に搭載した基準マーク投影手段によって位置合わせを行うことを特徴とする。
また、請求項2によれば、光学式プラネタリウムで投影される輝星の投影機に、個別のON/OFFもしくは調光可能な機能を持たせることにより、不要な輝星が投影されないようにすることができる。
請求項3によれば、光学式プラネタリウムからも必要に応じて暗い星も投影できるようにして、星空のみをゆっくり観察するとき、また双眼鏡や天体望遠鏡を用いて星空を観察する用途にも十分耐えうる解像度で星空を投影することもできる。
請求項4によれば、輝星を投影するため、個別の輝星に割り当てられた専用の投影ユニットを用いて、高輝度で輝星を投影することができるようにすると同時に、個別の調光やON/OFFができる。
請求項5によれば、輝星投影ユニットは光ファイバを装着し、光ファイバの一端に照明する光源を入力することにより構成され、専用のレンズを用いずに輝星を投影できる。
本発明による各構成により、光学式投影機特有の明るいシャープな一等星が存在する美しい星空を再現することができる。すべての星を光学式投影機で投影した場合、双眼鏡で拡大して観察した場合でもなお、微細な星を忠実に再現することができる。
また、以下のような演出を行うことが可能となる。
・全ての星を瞬かせることが可能となる。
・すべての星に色をつけることができる。
・投影する星の数を変化させることができる。
・異なる波長の星のデータを投影できる。
・新しい星のデータ(より恒星数が多いものなど)があれば、保守作業なしに加えることが可能となる。
図1は、本発明による複合プラネタリウムシステムの外観を示す概略図である。
ドームスクリーンの中心には、光学式輝星投影機31が設置されている。光学式輝星投影機31は、恒星のうち、一定の光度、例えば2.0等星より明るい星(以下輝星)をドームスクリーン上に投影する機能を有する。輝星は、日周運動や緯度変換が可能である。
ドームスクリーン33の周辺には、映像を投影可能なビデオプロジェクタ32a〜32nがドーム中心方向を向いて複数台が設置されており、ドームスクリーン33のほぼ全面に映像を投影可能となっている。
輝星投影機31から投影された輝星の像と、全天周映像装置であるビデオプロジェクタ32a,32bおよび32cから投影された微光星の像がドームスクリーン33上で完成された星空の映像となって現れる。
恒星球は、南天用42と北天用41が日周軸39の両端に互いに反対方向を向いて取り付けられ、日周軸39は、日周軸受1で日周ベース40上に支えられている。日周ベース40は、日周軸39と直交する緯度軸3の上に載せられており、緯度軸3の両端は架台フォーク4上で支えられ、回転駆動可能となっている。日周軸39には日周歯車43aが固定され、該日周歯車43aにモータ軸歯車43bが噛合している。日周軸39は日周モータ44によって回転駆動される。緯度軸3には緯度軸歯車45aが固定され、該緯度軸歯車45aにモータ軸歯車45bが噛合している。緯度軸3は緯度軸モータ46によって回転駆動される。日周軸39と緯度軸3には、それぞれ日周ロータリエンコーダ47と緯度ロータリエンコーダ48が取り付けられ、日周軸39の角位置は日周センサ49で、緯度軸3の角位置は緯度軸センサ50でそれぞれ検出可能となっている。
鏡筒60内には、電気信号によって駆動されるソレノイド61によって開閉駆動するシャッター板62が取り付けられており、光ファイバから出射した光を透過,遮蔽(オン,オフ)させることが可能である。電気信号は、例えばマイクロコンピュータ35からパワーアンプを通じて個別の輝星投影筒に供給される。このような輝星投影機により、2.0等級より明るい恒星を、所定の位置に、なおかつ任意かつ個別にON/OFFをして投影することができる。
この実施の形態では複数の輝星投影筒51が同じ光源を共有する例を示したが、それぞれが個別の光源を持ち、シャッタ機構を用いずに光源自体のON/OFFを行っても同様の効果が得られることは勿論である。
図4では、雲がいくつか浮かんでいる背景に星が見える夜空全体をドームマスターと呼ばれる形式で示したものである。中心が天頂70、正方形の画面の内接円71が地平線となる。ちょうど魚眼レンズを天頂に向けて撮影された画像に等しい。内接円の外の範囲72は、地平線の下に相当し、実際には無効となる範囲である。このような光景を投影するときは、雲が存在している範囲を計算し、その範囲内にある星は投影されないようにする必要がある。
X座標=900+10×COS(方位角)×(90−高度)
Y座標=900+10×SIN(方位角)×(90−高度)
として算出できる(S03)。この画像の画素が、雲の範囲に含まれる場合は、この恒星が雲に重なっていると判定されるから、この恒星を消すような制御を行えばよい(S04,S06)。重なっていない場合にはこの恒星をオンする(S05)。例えば図7はその様子を示したのであり、恒星74aのドームマスター上の座標が(Xa,Ya)、そして恒星74bのドームマスター上の座標が(Xb,Yb)だとすれば、雲に重ならない恒星74aの輝星投影筒のシャッターは開いて投影させ、恒星74bのそれは雲に重なっているので閉じればよい。
また、この実施の形態では2等星以上は輝星投影筒で、2.1等星以下はビデオプロジェクタで投影する例を説明したが、ある明るさ範囲(例えば2.5等星から1.5等星の範囲)の恒星は輝星投影筒,ビデオプロジェクタの両方で個々の恒星を決めて投影することも可能である。
図8は、輝星と微光星の両方を投影可能とした光学式投影機の実施の形態を示す断面図である。構造は、概ね公知の光学式プラネタリウムの恒星投影機と同様であり、中心部にある共通光源80を囲むように、複数の微光星投影ユニット81が設けられている。この微光星投影ユニット81の中には、公知の光学式プラネタリウム投影機のものと同様にコンデンサレンズ86、恒星原板87、投影レンズ88が装着されており、光源80を出た光は、コンデンサレンズ86、恒星原板87、投影レンズ88を通ってドームスクリーンに恒星原板の像を結び、夜空同様の星空を再現する。ただしそれぞれの投影ユニット81には、シャッタが備わっており、必要に応じて投影光を遮断することができる。
恒星原板には、2等星よりも暗い微光星に相当する孔が設けられている。恒星原板に記される星野パターンの一例を図9に示す。ここで記されている線は本説明の便宜のため記入している。
実際に微光星投影ユニットと、輝星投影機双方で投影された星空が図11である。これが実際に投影される星空である。
これにより、光学式投影機ならではの美しい星空を投影しながら、任意の範囲の星空を消すことができるなどの、従来のディジタル方式プラネタリウムでしか実現できなかった機能を持つプラネタリウムを実現することができる。
32a〜32n ビデオプロジェクタ
33 ドームスクリーン
40 日周ベース
41 北天用恒星球
42 南天用恒星球
43a,43b,45a,45b 歯車
44 日周モータ
46 緯度軸モータ
47,48 ロータリエンコーダ
49,50 センサ
51 輝星投影筒
52 日周テーブル
53 ランプハウス
54 ランプ
55,86 コンデンサレンズ
56 光ファイバ束
57,85 光ファンバ
58,88 投影レンズ
60 鏡筒
61 ソレノイド
62 シャッタ板
70 天頂
71 内接円
73 雲
80 共通光源
81 微光星投影ユニット
82 輝星投影筒
83 採光装置
87 恒星原板
Claims (6)
- 光学式恒星投影機と、映像生成装置および映像投影用プロジェクタを有するディジタル映像装置を有し、
前記光学式恒星投影機は、最も明るい輝星から高輝度領域側の所定の光度までの範囲内の任意の恒星を投影し、
前記ディジタル映像装置は、前記高輝度領域側の所定の光度より一定量明るい光度以下の任意の恒星を投影し、
前記光学式恒星投影機と前記ディジタル映像装置がそれぞれ投影する同じ光度内の範囲の同じ恒星は、前記光学式恒星投影機と前記ディジタル映像装置の何れかで投影することにより星空を完成させることを特徴とする複合プラネタリウムシステム。 - 前記光学式恒星投影機から投影される輝星を個別にON/OFFまたは光量を制御する手段を有することを特徴とする請求項1記載の複合プラネタリウムシステム。
- 前記光学式恒星投影機は、暗い星を投影する機能も有し、該光学式恒星投影機から投影される暗い星の投影を、輝星とは独立してON/OFFまたは光量を制御する手段を有することを特徴とする請求項1または2記載の複合プラネタリウムシステム。
- 前記輝星は、個別の恒星に相当する輝星投影ユニットで投影することを特徴とする請求項1,2または3記載の複合プラネタリウムシステム。
- 前記輝星投影ユニットは暗い星を投影するための恒星原板を有する微光星投影ユニットとともに設けられ、光ファイバを装着し、この光ファイバの一端に光線を導くことにより構成され、特定の恒星の輝度を上げることを特徴とする請求項4記載の複合プラネタリウムシステム。
- 前記光学式恒星投影機とディジタル映像装置の位置関係を正確に維持するため、光学式恒星投影機に搭載した基準マーク投影手段によって位置合わせを行うことを特徴とする請求項1,2,3,4または5記載の複合プラネタリウムシステム。
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