JP5414193B2 - プラネタリウムファイバ照明装置 - Google Patents
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Description
恒星原板,投影レンズおよび光源を有する恒星球を、日周軸,緯度軸を中心に回転させることにより、任意の緯度,経度および日時の星空を投影することができる。
これら光学式恒星投影機では、恒星原板の孔の直径を等級に応じた値(大きさ)に設定することにより、恒星の固有の明るさを再現する。すなわち、恒星の光度の平方根に比例した直径に設定することにより、星の明るさを投影される面積に置き換え、擬似的に明るさを再現する。
一方、近年はこうした恒星原板によらず、コンピュータで生成した映像を液晶やDLP方式などのプロジェクタによって投影するディジタルプラネタリウムが登場している。ディジタルプラネタリウムは、ドーム中心に魚眼レンズを装着したプロジェクタにより、1台で全天を覆うものや、ドーム周辺部に複数のプロジェクタを配置して全天を覆うものなどがある。いずれも、映像信号により星の動きを再現できるため、可動部が必要なく、しかも光学式プラネタリウムでは困難な星の固有運動や低空での減光、複雑なまたたき現象、前景に障害物が存在するシーンで、障害物に重なる恒星を消して不自然さを解消するなどの演出が可能である。
また、ファイバ光学投影方式では、それぞれ微妙に異なる恒星の固有の明るさの差を再現するために、ファイバの太さを等級ごとに変えたり、ファイバの出射端にそれぞれ減光させるフィルタや絞りを設けるなどが必要であり、少なくとも数千個以上という膨大な恒星を再現するには、それぞれの恒星の明るさに応じたこれらの装着は非常な手間を伴い、コストアップの原因になるばかりでなく、変光星などの再現は難しいという欠点があった。
また、光ファイバや光ファイバ束を用いて複数の恒星投影筒を照明して恒星を投影しつつ高輝星投影筒に光ファイバを用いて高輝度の恒星像を投影し、高輝星投影筒には遮光子によって高輝星を独立に遮光でき、恒星投影筒の照明用光ファイバの光路中には、光ファイバ収束部端面の一部を遮光しながら移動する遮光子を備えた発明が存在する(特許文献1,2)。
本発明の請求項2は、請求項1記載の発明において前記個別の光ファイバの透過光量を前記画像生成手段で制御することによって、投影される恒星像の明るさを変更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画像生成手段は、透過型素子であり、光源からの光を、前記画像生成手段に通した後、光ファイバ束の入射端面に導くことを特徴とする。
本発明の請求項4は、請求項1または2記載の発明において前記画像生成手段は、反射型素子であり、光源からの光を、前記画像生成手段に反射させた後、光ファイバ束の入射端面に導くことを特徴とする。
本発明の請求項5は、請求項1,2,3または4記載の発明において前記結像手段は、前記画像生成手段に前記光ファイバ束の入射端面を近接させ、前記光ファイバ束の入射端面に画像生成素子の影を落射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または4記載の発明において前記結像手段は、前記画像生成手段の像を、結像レンズにより前記光ファイバ束の入射端面に結像させることを特徴とする。
本発明の請求項7は、請求項1,2,3,4,5または6記載の発明において前記画像生成手段を光路中に複数設けて前記画素のオンとオフのコントラストを上げ、オフ時の光もれを少なくしたことを特徴とする。
本発明の請求項8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個別の光ファイバをオンオフ制御または光量制御することにより任意の範囲の恒星を減光または消光させ、演出上の事情または現実に観測される天文現象の忠実な再現をすることを特徴とする。
本発明の請求項9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個別の光ファイバをオンオフ制御または光量制御することにより、地平線以下に投影される恒星を遮光することを特徴とする。
本発明の請求項10は、請求項1,2,3,4,5,6または7記載の発明において所定の数の光ファイバに所定の光量の光を導くことにより惑星または小惑星を投影することを特徴とする。
図1は、本発明によるプラネタリウムファイバ照明装置の実施の形態を示す機能型投影ユニットの破断斜視図である。機能型投影ユニットは光学式恒星投影機に搭載される。
光源(図示していない)はメタルハライドランプ等の放電灯や、高輝度発光ダイオード、白色レーザなどが用いられる。光源の光が無偏光の場合は、図示しない偏光板または偏光コンバータ(偏光方向を一方向にそろえる板)を通して直線偏光に変換する。
光ファイバ束13は、複数のファイバで構成されており、それぞれが光を導くコア16と、その外層を包むクラッド17で構成されている。この光ファイバ束13の光ファイバ束入力端面6に結ぶ液晶画面像は、幅W画素、高さH画素で構成されている。
液晶画面の画素ピッチが、個々のファイバの径に対してある程度小さくてクラッドの肉厚がある程度あるか、または光ファイバ同士の空隙が透過型液晶パネル4の画素ピッチより大きければ、透過型液晶パネル4の一画素を通る光は1つの光ファイバにしか入射しないような構成にできる。
このような配置として、透過型液晶パネル4の全面を仮に透過状態にして図1のような投影ユニットを用いてドームスクリーンに投影すると、碁盤目状に規則正しく並んだ星が投影される。ここで透過型液晶パネル4の画素の制御により、任意の光ファイバ出射端の光量が制御できるので、任意の星だけ表示したり、明るさを制御したりすることができる。したがって、この恒星点22のピッチが十分細かければ、本来投影したい星の配置にならい、所望の恒星点のみ所望の明るさで点灯させれば、本物の星空とほぼ同様の投影をすることができる。
白丸25で表示されているのが本物の星の厳密な位置である。また、碁盤目の交点に配置されているのが光ファイバによる恒星点の位置である。ここで、それぞれの白丸で表される恒星に最も近い恒星点を選び出し、これをその恒星に相当する明るさで表示(黒丸26)すれば、オリオン座が投影される。
光ファイバはあらかじめ固定されているため、星の位置は、完全に任意に設定できるわけではない。従って、光ファイバが配置されているピッチが大きければ、光ファイバの本数が少なくできる反面、投影される星の位置は所望の位置に比べてずれてしまう。
投影できる恒星の数が多ければ、すなわち最微等級が暗ければ、より星の分布密度が細かく、より光ファイバの本数とピッチが密であることが求められるので、製造コストと所望する性能に応じて、適切なピッチと恒星の最微等級を設定するのが良い。例えば、5.0等級まで投影するのであれば、ピッチは角度にして0.1度程度が適切と考えられる。また、この実施の形態では光ファイバの配置を規則的な碁盤目状としたが、おおむね密度が保たれていれば必ずしも碁盤目状である必要はなく、たとえばランダムの配置でも良い。
図6は、3枚の液晶パネルを用いて星の色を再現する投影ユニットの光源部分の実施の形態を示す図である。
恒星データメモリ部50は、投影すべき恒星の位置を記憶している。本来の恒星のデータは赤道座標で与えられるが、まず恒星投影機上の投影ユニットの取り付け角や位置を元に、投影ユニット上の相対角位置に変換されている必要がある。
図8は投影ユニット上の相対角位置を説明するための図である。
恒星投影機60上に取り付けられた投影ユニット61は、あらかじめ設定された赤経,赤緯方向に光軸が向けられてセットされている。この光軸と、光軸とドーム上の恒星像のなす角を、赤経方向と赤緯方向で表した角度が、投影ユニット上の相対角位置(Ax ,Ay)である。赤経赤緯から、ax,ay に変換する具体的計算方法は、従来の光学式プラネタリウムの設計手法と同様であるので説明を省略する。
一方、輝点インデックスメモリ部51は、輝点をドームスクリーンに投影したときの投影像の投影ユニット上の相対角位置(Ax,Ay) 情報と、この輝点を点灯させるための透過型液晶パネル上の画素座標をインデックスにした情報を記憶したものである。これをすべての輝点について記憶する。光ファイバの入射端に対して結像する透過型液晶パネルの画素のサイズが小さいので、通常、1つの輝点に対応する液晶画素は複数となる。従って、輝点座標- 液晶画素インデックスメモリ部の構造は図9のようになる。すなわち、複数の輝点のそれぞれの座標(Ax,Ay) を記憶する輝点座標記憶部62、個々の輝点に対応し複数の液晶画素座標を記憶する液晶画素記憶部63があり、所定の値が記憶されている。輝点にはシーケンシャルな番号(輝点番号1,2,3・・・n)が割り振られる。
表示コントローラ54は、データリンカ52を参照して、ひとつ1つの恒星データにリンクされた輝点インデックスメモリ部51から液晶画素の座標を読み出して、恒星の明るさに相当する輝度で透過型液晶パネル56の画面に描画する。実際の透過型液晶パネル56への描画駆動は、液晶パネルコントローラ55を介して行う。
また、輝点−恒星データリンクテーブル53のデータを得るには、恒星データを1つずつ読み出した上、輝点インデックスメモリ部51から輝点座標をひとつひとつ読み出し、この恒星データのax,ay に最も近い輝点の(ax,ay) を検索し、この輝点番号を、恒星データと関連づけて記憶すればよい。このとき、もしある恒星データに対する距離が所定の範囲内にある輝点が見つからない時は、投影不能としてエラーを表示したり、別途ブライトスター投影機で投影すべき恒星データとして出力することもできる。
液晶パネルなどでは、コントラストの制限があり、遮光状態に設定しても完全に遮光することができない。そこで遮光時の明度をより下げ、コントラストを上げるため、液晶パネルを複数個カスケードで並べることにより、コントラストを向上させることができる。本図ではライトガイド70から出射する光はコンデンサレンズ71で平行光にされ、第1透過型液晶パネル72で各画素および各光ファイバの光量が制御される。第1透過型液晶パネル72を出た光はリレーレンズ73によって第2透過型液晶パネル74に結像させ、第2透過型液晶パネル74で各画素および光ファイバの光量が制御される。第2透過型液晶パネル74を出射した光は、結像レンズ75によって光ファイバ入射面76に結像される。
2 入射照明出力端
3 コンデンサレンズ
4 透過型液晶パネル
5 結像レンズ
6,45 光ファイバ束入力端面
7 恒星原板
8 恒星点
9 鏡筒
10 投影レンズ
11 ランプハウス
12 機能型投影ユニット
16 コア
17 クラッド
18 液晶画面像
19 光ファイバ
20 相当画素
21 対象となる光ファイバ
22 恒星点
23 イメージサークル
25 白丸
26 黒丸
30 ライトガイド
31,36,38,41 コンデンサレンズ
32,33 色分解プリズム
34,35,40 プリズム
37,39,42 液晶パネル
43 色合成プリズム
44 結像レンズ
45 光ファイバ束入力端面
50 恒星データメモリ部
51 輝点インデックメモリ部
52 データリンカ
53 輝点・恒星データリンクテーブル
54 表示コントローラ
55 液晶パネルコントローラ
56 液晶パネル
60 恒星投影機
61 投影ユニット
62 輝点座標記憶部
63 液晶画素座標記憶部
Claims (10)
- 単一または複数の投影ユニット手段により全天の恒星を再現するプラネタリウムの恒星投影機において、
光源からの光を、透過型または反射型の画像生成手段を通過させた後、前記画像生成手段の像を、複数の光ファイバを束ねた光ファイバ束の入射面に結像させて入射させる結像手段を有し、
前記光ファイバ束の入射面に結像させた画像生成手段の像の画素ピッチより光ファイバ同士の空隙が大きくなるように光ファイバ束の入射面を前記画像生成手段の像面に配置することにより、一画素を通る光が1つの光ファイバのみに入射するようにし前記光ファイバの出射側が投影レンズに向かって設置されることによりそれぞれの光ファイバを個々の恒星に対応させて個々の恒星に相当する点状像は1以上の画素で像を投影するように構成し、
前記光ファイバの本数は、本来投影されるべき恒星の数よりも多くなっている構成であって、前記画像生成手段の個別の画素の制御により、個別の光ファイバを通る光をオンオフし、実際に投影すべき恒星の配置に応じた光ファイバのみに光を導くことにより、所望の星の配置に近い星空を再現することを特徴としたプラネタリウムファイバ照明装置。 - 前記個別の光ファイバの透過光量を前記画像生成手段で制御することによって、投影される恒星像の明るさを変更することを特徴とする請求項1記載のプラネタリウムファイバ照明装置。
- 前記画像生成手段は、透過型素子であり、光源からの光を、前記画像生成手段に通した後、光ファイバ束の入射端面に導く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ファイバ照明装置。
- 前記画像生成手段は、反射型素子であり、光源からの光を、前記画像生成手段に反射させた後、光ファイバ束の入射端面に導く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ファイバ照明装置。
- 前記結像手段は、前記画像生成手段に前記光ファイバ束の入射端面を近接させ、前記光ファイバ束の入射端面に画像生成素子の影を落射することを特徴とする請求項1,2,3または4記載のプラネタリウムファイバ照明装置。
- 前記結像手段は、前記画像生成手段の像を、結像レンズにより前記光ファイバ束の入射端面に結像させることを特徴とする請求項1,2,3または4記載のプラネタリウムファイバ照明装置。
- 前記画像生成手段を光路中に複数設けて前記画素のオンとオフのコントラストを上げ、オフ時の光もれを少なくしたことを特徴とする請求項1,2,3,4,5または6記載のプラネタリウムファイバ照明装置。
- 前記個別の光ファイバをオンオフ制御または光量制御することにより任意の範囲の恒星を減光または消光させ、演出上の事情または現実に観測される天文現象の忠実な再現をすることを特徴とする請求項1,2,3,4,5,6または7記載のプラネタリウムファイバ照明装置。
- 前記個別の光ファイバをオンオフ制御または光量制御することにより、地平線以下に投影される恒星を遮光することを特徴とする請求項1,2,3,4,5,6または7記載のプラネタリウムファイバ照明装置。
- 所定の数の光ファイバに所定の光量の光を導くことにより惑星または小惑星を投影することを特徴とする請求項1,2,3,4,5,6または7記載のプラネタリウムファイバ照明装置。
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