JPWO2010098362A1 - 光模様投影装置及び載置台並びに球体回転装置 - Google Patents

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Abstract

本発明は、光透過率及び/又は透過光波長の違いによる模様を有する球殻2と、該球殻2の内部に設けられた、該球殻2の内面上で滑動する滑動手段5を有する滑動体4と、該滑動体4の上部に設けられた発光体6と、を備えた光模様投影装置1である。滑動体4は球殻2内で自由に滑動するため、重力によって常に球殻2の下部に存在することになる。発光体6が発光するとその光は球殻2の上部を照射するから、球殻2の模様が外部に放射され、例えば観察者が居る部屋の内壁面に投影される。このように、本発明の光模様投影装置は、簡単な構成で、天体を正確に投影することができる。なお、本発明の光模様投影装置で投影する模様は天体に限られない。

Description

本発明は、天体等の模様を壁面に投影する装置に関する。
天体の構成やその動きを学習するための装置として、天球儀が知られている。しかし、天球儀は球面上に天体上の星などを投影したものであり、天球の外から観察するという点で、実際に観察される天体の様子とは異なっている。よって、天体の様子を感覚的に理解しにくいという欠点がある。
天体の様子を直観的に理解するためには、やはり天球の中から外に向かって見上げるように星等を観察するのが望ましいといえる。このような装置として、天体を光で以て壁面に映し出すプラネタリウムがある。しかしながら、プラネタリウムは一般に極めて精密に作られているものであり、価格も非常に高価である。また、サイズも大型であるため、十分なスペースが確保出来ない場所には設置できないという問題もある。また、複雑な装置である故に、操作も簡単ではない。従って、気軽に家庭で使用したり、学生が天体について学習するために学校で使用したりする用途には向かない。
一方、天体の様子を投影するという目的ではないが、壁面に光の模様を映し出す光投影装置は以前から存在している(例えば特許文献1参照)。そこで、このような光投影装置を天体の模様を映し出す装置として改良することが考えられる。しかし、いずれも比較的複雑であって価格も安価ではないという問題があるとともに、360°全ての角度の天体を網羅するのが容易ではないという課題があった。
特開2004-147703号公報
本発明は上述した問題を解決するためになされたものであり、その解決しようとする課題は、従来のプラネタリウム装置と比較して格段に簡単な構造でありながら、また、非常に簡単な操作で以て、あらゆる角度の天体を壁面に投影することが可能な光模様投影装置及びその載置台を提供することにある。
上記課題を解決するために成された本発明に係る光模様投影装置は、
光の模様を壁面に投影するための光模様投影装置であって、
光透過率及び/又は透過光波長の違いによる模様を有する球殻と、
該球殻の内部に設けられた、該球殻の内面上で滑動する滑動手段を有する滑動体と、
該滑動体の上部に設けられた発光体と、
を備えることを特徴とする。
また、本発明の光模様投影装置は、さらに前記球殻を回転可能に保持する載置台を備えると良い。この場合、前記載置台は、前記球殻を回転させる回転機構を有することが好ましい。
本発明に係る光模様投影装置によれば、球殻の内部で滑動体が自由に滑動する。従って、重力により、滑動体は常に球殻の下部に位置することになる。滑動体の上部に設けられた発光体が発光すると、その光は球殻の上部を照射し、球殻に設けられた模様が観察者が居る部屋の内壁面等に照射される。投影される模様は、観察者が球殻を回転させることにより、あるいは、球殻が載置される載置台が備える回転機構が前記球殻を回転させることにより、至極簡単に且つ自由に変化させることができる。
本発明に係る光模様投影装置は構造が非常に簡単である。故に、容易に小型化を図ることができ、非常に低廉なコストで作成することができるという利点も兼ね備える。従って、従来は空間的又はコスト的に不可能であった場所や状況において、例えば学校の教育現場において本発明に係る光模様投影装置を利用することにより、天体の仕組みを能動的に学ぶことが可能となる。
本発明に係る光模様投影装置の第1実施形態の断面図。 本発明に係る光模様投影装置の第2実施形態の断面図。 本発明に係る光模様投影装置の第2実施形態の模式図。 本発明に係る光模様投影装置の第3実施形態の断面図。 本発明に係る光模様投影装置の第4実施形態の断面図。 第4実施形態に係る載置台の平面図。 オムニホイールの斜視図。 本発明に係る光模様投影装置の第5実施形態の載置台の平面図。
以下、本発明に係る光模様投影装置のいくつかの実施形態について、図面を参照しつつ具体的に説明する。図1は、本発明に係る光模様投影装置1の第1実施形態の断面図である。光模様投影装置1は基本的に、球殻2、滑動体4、光源6、電池8とから成る。
本発明に係る光模様投影装置1は、光の模様を壁面に投影する。この壁面は通常、使用者(観察者)が居る部屋の内壁面(天井を含む)である。
球殻2は、内部に内部空洞3を有する球体である。その表面には光透過率及び/又は透過光波長の違いによる模様が付される。即ち、様々な明度や色彩から成る模様が投影可能である。
滑動体4は、球殻2の内部である内部空洞3に設けられている。滑動体4には滑動手段5が設けられている。滑動手段5は球殻2の内面と滑動体4との摩擦係数を小さくするものであれば、いかなるものでも構わない。例えば、球殻2をアクリルやポリプロピレン等の硬質プラスチック製とするとともに、滑動手段5としては球殻2内面との接触面積を小さくした同様の硬質プラスチックのチップとすることができる。また、滑動体4に球窩を設け、その中に自在に回転する球体を配したものでもよい。また、オムニホイールなどの、全方向に自在に回転するホイール体を採用することもできる。いずれの場合でも、球殻2の内面に摩擦低減剤をコーティングしておくとよい。これによって滑動体4は球殻2内で自由に滑動し、静置時には重力によって常に球殻2内の底部に位置することになる。
滑動体4の上部には高輝度LEDなどから成る光源6が設けられる。また、滑動体4の内部には、光源6に電力を供給するための電池8が設けられている。なお、電池8は、外部から非接触で以て充電可能な非接触充電池とするのが好ましい。
光源6が点灯されると、滑動体4の上部に存在している模様が壁面に投影される。使用者が球殻2を任意に回転させることにより、好みの模様を壁面に投影することができる。
滑動体4の内部には所定の衝撃センサなどを含めておき、使用者が光模様投影装置1に軽い衝撃を与えることで光源6が点灯又は消灯するようにすると良い。又は、滑動体4の内部に磁気センサを設けておき、光模様投影装置1に磁石を近づけることで光源6の点灯及び消灯を交互に(すなわちトグル式に)行うことができるようにしても良い。
本発明の光模様投影装置は、とりわけ天体の模様を投影するのに好適に用いることができる。以下に、この場合の実施形態(第2実施形態)を断面図である図2及び模式図である図3を参照しつつ述べる。
本実施形態においては、滑動体4は球殻2の直径と等しい直径を有し且つ光非透過性である円表面部7を備える。すなわち、円表面部7は、球殻2と滑動体4の相対位置に関わりなく、常に内部空洞3の中心、すなわち球殻2の中心を通る。ただし実際には、球殻2と滑動体4とが互いに相対移動できるように、円表面部7の直径は内部空洞3の直径に対して若干小さく形成する。
なお、図2及び図3では滑動体4は半球状として描かれているが、この形状は半球状には限られない。
本実施形態では、滑動体4が球殻2の下部に位置すると、常に円表面部7は水平となる。
光源6は円表面部7の中心に設けられる。つまり、光源6は球殻2自体の中心に設置される。これは、天体の模様を投影する際に、投影像が歪まないようにするためである。光源6は、点灯した際に、光が球殻2の内部空洞3側にのみ発せられ、滑動体4の側には進行しないように配置する。とりわけ、光源6は、内部空洞3の全方向に対して均一に光を放出するものが好ましい。このため、必要に応じて光源6には所定の凹レンズなどを被せても良い。
図3の例では、星が光不透過部であるかのように描かれている(この場合には、壁面に星が影として投影される)が、逆に星が光透過部となり、星以外の個所が光不透過部となるように模様を形成してもよい(この場合には、壁面に星が光として投影される)。もちろん、星に色を付したり、大きさを異ならせたりすることもできる。
光源6が点灯すると、上述したように、球殻2の内部空洞3側にのみ光が発せられるから、実際に地上で観察される角度の星のみが壁面に投影される。つまり、円表面部7は地面としての役割を果たすことになる。そして、使用者が球殻2を任意に回転させることにより、例えば地球上の様々な場所の様々な時刻の星空を投影することが可能となる。
本発明の光模様投影装置1の外表面は球殻2そのもの、つまり球体である。そこで、安定性を高めるために、図4に示す本発明の第3実施形態のように、光模様投影装置1を載置できる載置台9を用意し、その上に光模様投影装置1を載置すると良い。
この載置台9には、例えば任意の回転方向に所定の速度でもって光模様投影装置1を回転させる回転機構を備えることができる。回転機構は球殻2の外表面に接触しつつ回転する複数の回転手段10と、回転手段10を例えば電気的に駆動させる回転駆動機構11とから構成することができる。回転手段10は、球殻2を任意の方向に向かせる、即ち、任意の模様が投影されるようにすることができるものであればその形態はいかなるものであっても構わない。例えば、互いに直交する二方向にそれぞれ独立した速度で球殻2を回転させる二つの異なるホイールであっても良いし、載置台9の上面を凹球面とし、その凹球面上で互いに直交する三つの大円の線分の各中心に、各線分に垂直な方向に回転するホイールを設けた構成とすることもできる。この場合には、それぞれのホイールの回転速度を調整することで球殻2をより一層自在に回転させることが可能となる。回転手段10としては、例えば通常の車輪の他、オムニホイールなどを利用することができる。いずれの場合でも球殻2を確実にそして安定して回転させるために、回転手段10と球殻2の外面との摩擦はなるべく大きい方が好ましい(例えば、球殻2に接する部分はゴムタイヤとする等)。回転駆動機構11としては、それら車輪、ホイールを駆動するモータとすることができる。
更に、回転駆動機構11を制御する装置と、球殻2の回転位置を検出する装置を設けることにより、球殻2の模様の位置を制御して、例えば「2009年3月1日22時30分の京都市の夜空」のように、特定の時間における特定の場所の星空を投影することが可能となる。
載置台9には、電池8を非接触的に充電するための充電装置を内蔵しておくことができる。又は、載置台9に、使用者が任意にオン/オフを操作できる電力供給機構を設けてもよい。この場合には滑動体4の内部には電池ではなく、電力供給機構からの電力を非接触で受け取る電力受取機構を設けておけば良い。また、載置台9に磁石12を含めておくとともに、滑動体4の内部に磁気センサ13を含めておくことによって光模様投影装置1を載置台9に載置している間は光源6が点灯し、光模様投影装置1を載置台9から取り外すと光源6が消灯するようにすることもできる。
図5及び図6は載置台9の上面を凹球面15とし、その凹球面15上で互いに直交する三つの大円の線分L1〜L3の各中心に3個のオムニホイール16a〜16cを設け、これらオムニホイール16a〜16cで球殻2を回転させる第4実施形態を示す。図示しないが、凹球面15には3個の軸受凹部が形成されており、これら軸受凹部にオムニホイール16a〜16cが回転可能に支持されている。各オムニホイール16a〜16cの回転軸17a〜17cは、各線分L1〜L3に垂直で且つ該オムニホール16a〜16cの取り付け位置における凹球面15の接線方向に平行になっている。このような構成により、各オムニホイール16a〜16cは矢印Aa〜Ac方向に回転する。
また、載置台9の内部には、前記回転軸17a〜17cを回転するモータ18a〜18c、前記回転軸17a〜17cの回転量を検出するセンサ19a〜19c、これらセンサ19a〜19cからの信号に基づき前記モータ18a〜18cの駆動を制御する制御装置20が収容されている。制御装置20には、モータ18a〜18cの制御プログラムが格納されており、センサ19a〜19cの検出信号及び制御プログラムに従い制御装置20はモータ18a〜18cを駆動する。
図7に、用いたオムニホイールの一例を示す。オムニホイールは、回転体21と、この回転体21に回転自在に保持された8個の樽形ローラ22とから成る。回転体21は、同じ形状の2個のホイール23から成る。各ホイール23はその外周部に4個の凹部24が90度置きに形成されており、各凹部24に樽形ローラ22が回転自在に保持されている。2個のホイール23は、凹部24が45度ずつずれた配置となるように組み合わされて1個の回転体21を構成しており、この結果、回転体21の外周には、8個の樽形ローラ22が一方のホイール23と他方のホイール23に互い違いに45度おきに位置することになる。なお、樽形ローラ22は球殻2との摩擦力が、該樽形ローラ22の回転方向よりも非回転方向の方が小さくなるように構成されており、モータによってオムニホイールが駆動されるとき、該オムニホイールの回転がその樽形ローラによって妨げられないようになっている。
また、各ホイール23の両端面には回転軸の挿通孔25の周囲を取り囲む4個の係合凸部26が設けられており、一方のホイール23の係合凸部26を他方のホイール23の係合凸部26の間に嵌め込むことにより、両ホイール23が着脱可能に連結されるようになっている。
上記構成により、オムニホイール16a〜16cの回転方向と直交する矢印Ba〜Bc方向に樽形ローラ22は回転する。従って、制御装置20が3個のモータ18a〜18cのいずれかを駆動すると、当該モータによって所定のオムニホイールが回転し、この結果、球殻2が矢印Aa〜Acのいずれかの方向に回転する。また、残りのオムニホイールの、球殻2と接触する樽形ローラ22は、球殻2と共に回転する。
従って、適宜のタイミングでモータ18a〜18cを選択的に回転させることにより、任意の方向に球殻2を回転させることができる。さらに、センサ19a〜19cを設けたことにより、球殻2の回転位置を精度良く制御することができる。
図5及び図6の例では、三つの大円の線分L1〜L3の各中心に3個のオムニホイール16a〜16cを設けたが、図8に示す第5実施形態のように、線分L1〜L3にそれぞれ2個ずつオムニホイールを設けても良い。同じ線分に配置された2個のオムニホイールを同時に回転させる場合は、同じ速度で且つ同じ方向に同時に回転させる必要がある。
また、図5及び図6の例では互いに直交する三つの大円の線分上にオムニホイールを設けたが、互いに交わる三個の円の線分上にオムニホイールを設けても良い。このような構成でも、球殻2を3方向に回転させることができる。さらに、オムニホイールに代えて単なるホイールを設けても良い。
球殻を回転させて光模様投影装置から投影される模様の変化を楽しむだけの場合は、球殻の回転位置を制御する必要がないため、球殻の回転位置を検出するセンサは不要である。
以上、本発明に係る光模様投影装置について具体的に説明を行ったが、上記の実施例は例に過ぎないことは明らかであり、本発明の精神内で自由に追加や修正を行っても構わない。
例えば、球殻2の外部に半透明(例えば、乳白色)の殻体を更に設けることもできる。この構成では、光模様投影装置から照射される模様がこの半透明殻体に投影される。観察者は、この投影された模様を半透明殻体の外から観察する。
また、模様の変更を容易に行えるようにするために、球殻2を透明球体と、更にその外部に設けられる模様球体とから構成することもできる。取り替え可能な模様球体を用いることにより、様々な種類の光の模様を楽しむことが可能となる。また、星空に限らず、太陽や月を投影することも可能となる。

1…光模様投影装置
2…球殻
3…内部空洞
4…滑動体
5…滑動手段
6…光源
7…円表面部
8…電池
9…載置台
10…回転手段
11…回転駆動機構
12…磁石
13…磁気センサ
15…凹球面
16a〜16c…オムニホイール
17a〜17c…回転軸
18a〜18c…モータ
19a〜19c…センサ
20…制御装置
21…回転体
22…樽形ローラ

Claims (18)

  1. 光の模様を壁面に投影するための光模様投影装置であって、
    光透過率及び/又は透過光波長の違いによる模様を有する球殻と、
    該球殻の内部に設けられた、該球殻の内面上で滑動する滑動手段を有する滑動体と、
    該滑動体の上部に設けられた発光体と、
    を備えることを特徴とする光模様投影装置。
  2. 前記滑動体が、前記球殻の直径と等しい直径を有し且つ光非透過性である円表面部を備えており、
    前記発光体が、該円表面部の中心に設けられている
    ことを特徴とする請求項1に記載の光模様投影装置。
  3. 前記球殻に設けられた模様が天体の模様である請求項1又は2に記載の光模様投影装置。
  4. 前記滑動体の内部に、前記光源に電源を供給するための電池が設けられ、該電池が該光模様投影装置の外部から非接触で以て充電可能であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の光模様投影装置。
  5. 前記球殻を回転可能に保持する載置台を備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の光模様投影装置。
  6. 前記載置台は、前記球殻を回転させる回転機構を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の光模様投影装置。
  7. 前記載置台は、前記球殻を下方から受ける凹球面を有し、
    前記回転機構は、前記凹球面に設けられ前記球殻の外周面と接触する回転部材と、前記回転部材を回転駆動するモータとを備えることを特徴とする請求項6に記載の光模様投影装置。
  8. 前記回転部材は、前記凹球面上で互いに交わる3個の円の線分上にそれぞれ少なくとも1個ずつ設けられた3個以上のホイールから成り、
    前記回転機構は、各ホイールを回転させることを特徴とする請求項7に記載の光模様投影装置。
  9. 前記ホイールは、前記線分に垂直で且つ前記凹球面の接線方向に平行な軸を中心に回転することを特徴とする請求項8に記載の光模様投影装置。
  10. 前記ホイールは、オムニホイールであることを特徴とする請求項9に記載の光模様投影装置。
  11. 前記回転機構は、前記球殻の回転位置を検出する位置検出センサと、前記位置検出センサの検出結果に基づき前記モータの駆動を制御する制御装置を備えることを特徴とする請求項7〜10のいずれかに記載の光模様投影装置。
  12. 請求項1〜4のいずれかに記載の光模様投影装置を回転可能に保持するための載置台。
  13. 球殻を回転させる回転機構を備えることを特徴とする請求項12に記載の載置台。
  14. 球体を回転させる球体回転装置であって、
    前記球体を下方から受ける凹球面を有する載置台と、
    前記凹球面に設けられ、前記球体の外周面と接触する回転部材と、
    前記回転部材を回転駆動するモータとを備えることを特徴とする球体回転装置。
  15. 前記回転部材は、前記凹球面上で互いに交わる3個の円の線分上にそれぞれ少なくとも1個ずつ設けられた3個以上のホイールから成ることを特徴とする請求項14に記載の球体回転装置。
  16. 前記ホイールは、オムニホイールであることを特徴とする請求項15に記載の球体回転装置。
  17. 前記オムニホイールは、2個の回転体を、各回転体の外周部の樽形ローラが互い違いにずれた配置となるように角度差を有して軸方向に連結されたものであることを特徴とする請求項16に記載の球体回転装置。
  18. 前記球体の回転位置を検出する位置検出センサと、前記位置検出センサの検出結果に基づき前記モータの駆動を制御する制御装置を備えることを特徴とする請求項14〜17のいずれかに記載の球体回転装置。
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