WO2022019086A1 - 光学式プラネタリウム及びそれを有するプラネタリウムシステム - Google Patents

光学式プラネタリウム及びそれを有するプラネタリウムシステム Download PDF

Info

Publication number
WO2022019086A1
WO2022019086A1 PCT/JP2021/025082 JP2021025082W WO2022019086A1 WO 2022019086 A1 WO2022019086 A1 WO 2022019086A1 JP 2021025082 W JP2021025082 W JP 2021025082W WO 2022019086 A1 WO2022019086 A1 WO 2022019086A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
axis
diurnal
latitude
around
swing
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/025082
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
貴之 大平
Original Assignee
有限会社大平技研
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 有限会社大平技研 filed Critical 有限会社大平技研
Priority to US17/924,887 priority Critical patent/US20230196946A1/en
Priority to EP21846900.5A priority patent/EP4134935A4/en
Priority to CN202180031473.6A priority patent/CN115485754A/zh
Publication of WO2022019086A1 publication Critical patent/WO2022019086A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B27/00—Planetaria; Globes
    • G09B27/04—Star maps
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14—Details
    • G03B21/26—Projecting separately subsidiary matter simultaneously with main image

Definitions

  • the present invention relates to an optical planetarium and a planetarium system having the same.
  • the optical planetarium 110 is provided with hemispherical northern celestial projectors 111a and southern celestial projectors 111b facing each other as projectors 112 for projecting stars. This is called a stellar sphere 111.
  • the star sphere 111 is rotatable about the diurnal axis 181.
  • the star sphere 111 is rotatably supported on the gantry fork 122 about a horizontally provided latitude axis 182 orthogonal to the diurnal axis 181. By rotating the star sphere 111 around the latitude axis 182, the inclination angle between the diurnal axis 181 and the horizontal plane can be freely changed.
  • the stars projected from the stellar sphere 111 are arranged in coordinates based on the equatorial coordinates with respect to the rotation axis of the earth so that the diurnal axis 181 points to the current north pole of the heavens and the south pole of the heavens. Therefore, by rotating the star sphere 111 around the diurnal axis 181, the diurnal motion of the star is reproduced on the dome screen. Further, by rotating the star sphere 111 around the latitude axis 182, the optical planetarium 110 can reproduce the starry sky of the observation site at any latitude on the earth.
  • the mainstream method is to arrange the spectators'seats in one direction instead of the conventional method of arranging the spectators' seats concentrically toward the center of the dome.
  • the front since the front is in a specific direction, it is difficult to see the side opposite to the front. For example, if the south side is the front, both the commentator and the audience must look directly behind to explain the celestial body on the north side.
  • the optical planetarium 110 includes an azimuth axis 183 that rotates the entire planetarium 110 in the horizontal direction. In this way, a method that allows the front direction to be freely changed has become widespread.
  • an optical planetarium 110 having three axes of a diurnal axis 181 and a latitude axis 182 and an azimuth axis 183 is generally used in order to reproduce the movement of celestial bodies such as stars.
  • Such an optical planetarium 110 system will be referred to as a modern 3-axis system.
  • the optical planetarium 210 was common. Such an optical planetarium 210 system will be referred to as a classical triaxial system.
  • the star sphere 211a for the north sky and the star sphere 211b for the south sky are configured to project the starry sky based on the ecliptic coordinates with respect to the orbital plane of the earth, not the rotation axis of the earth. Is configured to be rotatable around the precession axis 285.
  • the precession shaft 285 is held by the precession shaft holder 291 so that the entire precession shaft holder 291 can rotate around the diurnal shaft 281.
  • the precession shaft holder 291 holds the angle formed by the diurnal shaft 281 and the precession shaft 285 at approximately 23.4 °. This angle is the angle of inclination of the Earth's equator with respect to the ecliptic plane.
  • the diurnal axis 281 is held by the latitude axis 282, and the ability to reproduce the starry sky at an observation site at any latitude by rotating the latitude axis 282 is the same as in the case of the modern 3-axis system.
  • the classical 3-axis optical planetarium 210 rotates the precession axis 285, so that the current North Star (Lyra ⁇ star: Polaris) becomes the North Star, as well as the movement of the current star, for example, from the present 11, It is possible to reproduce the movement of a star whose constellation Vega will become Polaris in the future 000 years later.
  • an optical planetarium 210 having a classical 3-axis type and an azimuth axis 283 that rotates the whole horizontally is also known.
  • Such an optical planetarium 210 system will be referred to as a classical 4-axis system.
  • the size of the device is large because the star spheres 211a for the northern sky and the star spheres 211b for the southern sky are tilted and installed on the precession shaft holder 291. turn into.
  • the large optical planetarium 210 can obstruct the view of the audience.
  • the classical 3-axis type and classical 4-axis type optical planetarium 210 are not often used, and the modern 3-axis type optical planetarium 110 has become the mainstream.
  • the stellar sphere 111 can be compactly assembled, and the optical planetarium 110 does not obstruct the view of the audience.
  • An object of the present invention is to appropriately reproduce various starry skies in an optical planetarium while making the device compact.
  • the optical planetarium includes a projector that projects an image of a star, a diurnal axis support mechanism configured so that the projector can rotate around a diurnal axis, and the above.
  • the latitude axis support mechanism is configured so that the projector can rotate around the latitude axis orthogonal to the diurnal axis, and the projector is configured to be rotatable around the vertically provided azimuth axis. It is provided with a azimuth axis support mechanism and a latitude axis inclination angle changing mechanism configured so that the angle formed by the latitude axis and the horizontal plane can be changed within a predetermined range.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an outline of a configuration example of an optical planetarium according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an outline of a configuration example of a planetarium system according to an embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a case of reproducing the diurnal motion of the future starry sky 11,000 years after the present.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a control example of the optical planetarium according to the embodiment.
  • FIG. 5A shows changes in angles around the diurnal axis, latitude axis, and azimuth axis when reproducing the diurnal motion of the future starry sky 11,000 years from the present using a modern 3-axis optical planetarium. It is a figure which shows an example.
  • FIG. 5A shows changes in angles around the diurnal axis, latitude axis, and azimuth axis when reproducing the diurnal motion of the future starry sky 11,000 years from the present using a modern
  • FIG. 5B shows the diurnal axis, the latitude axis, and the azimuth axis when the diurnal motion of the future starry sky 11,000 years from the present is reproduced by using the new 4-axis optical planetarium according to the embodiment. It is a figure which shows an example of the change of the angle around a swing axis.
  • FIG. 6 is a perspective view showing an outline of a configuration example of a modern 3-axis optical planetarium.
  • FIG. 7 is a perspective view showing an outline of a configuration example of a classical 4-axis optical planetarium.
  • the optical planetarium according to the present embodiment is a four-axis projector provided with a swing axis for tilting the latitude axis within a certain range in a modern three-axis optical planetarium.
  • the optical planetarium system according to this embodiment will be referred to as a new 4-axis system.
  • FIG. 1 shows an outline of a configuration example of the optical planetarium 10 according to the present embodiment.
  • the optical planetarium 10 according to the present embodiment includes a projector 12 for projecting an image of a star, similarly to the conventional modern 3-axis optical planetarium 110.
  • the projector 12 includes a star sphere 11 including a northern celestial projector 11a and a southern celestial projector 11b, which are hemispherical and mounted facing each other.
  • the stellar sphere 11 is rotatably supported around the diurnal axis 81 by the diurnal axis support mechanism 21.
  • the diurnal shaft support mechanism 21 includes, for example, a shaft member along the diurnal shaft 81, a bearing for receiving the shaft member, a motor and a speed reducer for rotating the shaft member, an encoder for detecting a rotation angle, and the like.
  • the configuration of the diurnal axis support mechanism 21 is not limited to this, and may be any.
  • the diurnal axis support mechanism 21 may be formed by using an annular rail and a slider provided on the peripheral edge of a disk that slides with respect to the rail.
  • the star sphere 11 is supported on the gantry fork 22 by the latitude axis support mechanism 23 so that it can rotate around the latitude axis 82 orthogonal to the diurnal axis 81.
  • the latitude axis support mechanism 23 may also have various configurations, and includes, for example, a shaft member, a bearing, a motor, a speed reducer, an encoder, and the like.
  • the optical planetarium 10 is configured so that the inclination angle between the diurnal axis 81 and the horizontal plane can be freely changed by rotating the star sphere 11 around the latitude axis 82.
  • the stars projected from the star sphere 11 are arranged in coordinates based on the equatorial coordinates with respect to the rotation axis of the earth.
  • the diurnal axis 81 By rotating the star sphere 11 around the diurnal axis 81, the diurnal motion of the star is reproduced on the dome screen.
  • the star sphere 11 around the horizontal latitude axis 82 By rotating the star sphere 11 around the horizontal latitude axis 82, the starry sky of the observation site at an arbitrary latitude on the earth is reproduced.
  • the optical planetarium 10 is configured to rotate around a vertically provided azimuth axis 83 so as to rotate the entire planetarium 10 in the horizontal direction. That is, the pedestal fork 22 is supported by the azimuth axis support mechanism 25 so as to be rotatable around the azimuth axis 83 with respect to the pedestal 27 fixed to the ground.
  • the directional shaft support mechanism 25 may also have various configurations, and includes, for example, a shaft member, a bearing, a motor, a speed reducer, an encoder, and the like.
  • the optical planetarium 10 according to the present embodiment further includes a latitude axis tilt angle changing mechanism 40 configured so that the angle formed by the latitude axis 82 and the horizontal plane can be changed within a predetermined range.
  • the optical planetarium 10 according to the present embodiment is provided with a swing shaft 84 so that the latitude axis 82 rotates around the latitude axis 82.
  • the swing axis 84 is provided so as to be orthogonal to the azimuth axis 83 and the latitude axis 82 at the center of the star sphere 11.
  • the gantry fork 22 of the present embodiment has an arc-shaped shape centered on the center of the star sphere 11 so that the latitude axis 82 can rotate around the swing axis 84.
  • a support portion 26 that rotates around the azimuth axis 83 provided on the azimuth axis support mechanism 25 is provided with an arcuate rail 41 centered on the center of the star sphere 11.
  • the gantry fork 22 has a slider 43 that slides on the rail 41.
  • the gantry fork 22 is supported by a support portion 26 on the azimuth axis support mechanism 25 via a rail 41 and a slider 43. It is preferable that the rail 41 and the slider 43 are provided with cross roller bearings.
  • the gantry fork 22 is provided with an arc-shaped rack gear 45 along the arc-shaped rail 41 and the slider 43, and the support portion 26 is provided with a pinion gear 47 for driving the rack gear 45.
  • the pinion gear 47 is driven by a swing shaft motor 49.
  • the tilt angle of the gantry fork 22 is freely controlled by the operation of the swing shaft motor 49.
  • the configuration of the latitude axis tilt angle changing mechanism 40 described here is an example, and another structure may be used for the latitude axis tilt angle changing mechanism 40 as long as it has the same function.
  • the movable range of the gantry fork 22 around the swing shaft 84 is not limited to this, but is, for example, ⁇ 30 °.
  • the star sphere 11 can rotate around the swing axis 84 passing through the center of the star sphere 11 within a range of ⁇ 30 °.
  • the optical planetarium 10 as described above is arranged in the center of the hemispherical dome 3 whose inner surface is the screen 2.
  • the optical planetarium 10 projects an image of a star onto a screen 2 on the inner surface of the dome 3.
  • the operation of the optical planetarium 10 for this projection is controlled by the control device 4.
  • This control also includes rotation of the stellar sphere 11 around the diurnal axis 81, the latitude axis 82, the azimuth axis 83, and the swing axis 84.
  • the control device 4 includes a computer.
  • the control device 4 includes an integrated circuit such as a Central Processing Unit (CPU), an Application Specific Integrated Circuit (ASIC), or a Field Programmable Gate Array (FPGA). Further, the control device 4 includes a ReadOnlyMemory (ROM), a RandomAccessMemory (RAM), a storage, an input device, a display device, various interfaces, and the like. The control device 4 operates according to a program or hardware.
  • CPU Central Processing Unit
  • ASIC Application Specific Integrated Circuit
  • FPGA Field Programmable Gate Array
  • the arrangement of the stars is the current rotation axis of the earth. It is arranged in coordinates based on the equatorial coordinates with respect to. That is, for example, a star at the current north pole of the heavens is arranged on the diurnal axis 81 of the northern celestial projector 11a. Specifically, although there is a deviation of less than 1 °, the North Star (Polaris) is located near the celestial pole, that is, near the diurnal axis 81 of the North Star projector 11a. ing.
  • Polaris does not exactly match the celestial pole even today, and Vega does not exactly match the celestial pole in the future 11,000 years later, but here for the sake of explanation.
  • Vega coincides with the celestial pole, and Polaris passes near the zenith.
  • the phenomenon that occurs at the singular point occurs when the azimuth axis 183 and the diurnal axis 181 overlap and the degree of freedom of movement is reduced.
  • This phenomenon is equivalent to the so-called gimbal lock state.
  • the maximum speed and maximum acceleration of rotation around the rotation axis are limited, so that the optical planetarium 110 cannot accurately follow the ideal movement and is not suitable. Natural movement will occur.
  • the rotation around the four axes of the diurnal axis 81, the latitude axis 82, the azimuth axis 83 and the swing axis 84 is controlled. It is possible to avoid the diurnal axis 81 and the azimuth axis 83 being too close to each other, and to avoid the above-mentioned problems caused by the conventional modern 3-axis system.
  • the new 4-axis optical planetarium 10 has two control modes, a swing axis fixed mode and an azimuth axis fixed mode.
  • the swing axis fixed mode the angle around the swing axis 84 is fixed to a predetermined value, the angles around each axis of the diurnal axis 81, the latitude axis 82, and the azimuth axis 83 are calculated, and the attitude of the star sphere 11 is changed. Be controlled.
  • the angle around the swing axis 84 is 0 ° and the latitude axis 82 is horizontal, this is equivalent to the case of the conventional modern 3-axis type.
  • the azimuth axis fixed mode In the azimuth axis fixed mode, the azimuth axis 83 is fixed to a predetermined value, the angles around each axis of the diurnal axis 81, the latitude axis 82, and the swing axis 84 are calculated, and the posture of the star sphere 11 is controlled. It is known that in each mode, the angle around each axis can be calculated mathematically by using matrix calculation or the like. Here, the description of this calculation will be omitted.
  • the control mode is switched to the directional axis fixed mode.
  • the control mode is the swing axis fixed mode. Can be switched to.
  • Switching between the swing axis fixed mode and the azimuth axis fixed mode is not limited to the angle formed by the diurnal axis 81 and the azimuth axis 83.
  • the swing axis fixed mode and the azimuth axis fixed mode may be switched so that the angular velocity or the angular acceleration of rotation around the diurnal axis 81 or the azimuth axis 83 becomes less than a predetermined value.
  • the swing axis fixed mode and the azimuth axis fixed mode are used by using both the angle formed by the diurnal axis 81 and the azimuth axis 83 and the angular velocity or the angular acceleration of rotation around the diurnal axis 81 or the azimuth axis 83. It may be switched to.
  • This mode can be switched smoothly so that when the swing axis fixed mode is switched to the directional axis fixed mode, the angular velocity around the directional axis 83 is gradually reduced, and the directional axis fixed mode is swayed.
  • the angle around the swing axis 84 is gently returned to the initial value of 0 °.
  • the angle to be taken around the swing shaft 84 may exceed the limit of the device, for example, ⁇ 30 °.
  • the angle around the swing shaft 84 is fixed at the maximum value, and the control mode is switched to the swing shaft fixed mode. Also in this case, it is preferable to gradually reduce the angular velocity around the swing shaft 84 to stop the rotation before reaching ⁇ 30 °.
  • step S1 the control device 4 controls the operation of the optical planetarium 10 in the swing shaft fixed mode. That is, the control device 4 fixes the angle around the swing axis 84, and calculates the angles around the diurnal axis 81, the latitude axis 82, and the azimuth axis 83 for reproducing the target starry sky. The control device 4 controls the rotation around the diurnal axis 81, the latitude axis 82, and the azimuth axis 83 based on the obtained values.
  • step S2 the control device 4 determines whether or not the angle formed by the diurnal axis 81 and the horizontal plane is larger than a predetermined first value such as 70 °.
  • a predetermined first value such as 70 °.
  • the process returns to step S1 and the control in the swing axis fixed mode is continued.
  • the process proceeds to step S3.
  • step S3 the control device 4 controls the operation of the optical planetarium 10 in the transition mode in order to shift the control of the operation of the optical planetarium 10 to the azimuth axis fixed mode. That is, the control device 4 determines the angle around the azimuth axis 83 so as to gradually reduce the angular velocity of rotation around the azimuth axis 83, and reproduces the target starry sky based on the angle around the azimuth axis 83.
  • the angles around the diurnal axis 81, the latitude axis 82, and the swing axis 84 are calculated.
  • the control device 4 controls the rotation around the diurnal axis 81, the latitude axis 82, the azimuth axis 83, and the swing axis 84 based on the obtained values.
  • step S4 the control device 4 determines whether the angular velocity of the rotation around the azimuth axis 83 has become 0, that is, whether the rotation around the azimuth axis 83 has stopped.
  • the process returns to step S3, and the control in the transition mode is continued.
  • the process proceeds to step S5.
  • step S5 the control device 4 controls the operation of the optical planetarium 10 in the azimuth axis fixed mode. That is, the control device 4 fixes the angle in a state where the rotation around the azimuth axis 83 is stopped, and the angle around the diurnal axis 81, the latitude axis 82, and the swing axis 84 for reproducing the target starry sky. Is calculated. The control device 4 controls the rotation around the diurnal axis 81, the latitude axis 82, and the swing axis 84 based on the obtained values.
  • step S6 the control device 4 determines whether or not to limit the rotation around the swing shaft 84.
  • the rotation around the swing shaft 84 There is a limitation that, for example, only ⁇ 30 ° can be rotated around the swing shaft 84. Therefore, when the angle around the swing axis 84 is likely to reach, for example, ⁇ 30 °, the azimuth axis fixed mode cannot be continued, and the mode must be changed to the swing axis fixed mode. Therefore, the control device 4 determines whether or not the angle around the swing shaft 84 is likely to reach, for example, ⁇ 30 °.
  • control device 4 compares the limit value set to a value whose absolute value becomes smaller as the angular velocity around the current swing shaft 84 increases with the angle around the current swing shaft 84, and the current swing shaft. When the angle around 84 exceeds the limit value, it is determined to limit the rotation around the swing shaft 84.
  • step S7 the control device 4 determines whether or not to limit the rotation around the swing shaft 84 based on the determination made in step S6.
  • step S9 the process proceeds to step S9.
  • step S8 the process proceeds to step S8.
  • step S8 the control device 4 determines whether or not the angle formed by the diurnal axis 81 and the horizontal plane is smaller than a predetermined second value such as 70 °.
  • a predetermined second value such as 70 °.
  • the process returns to step S5, and the control in the azimuth axis fixed mode is continued.
  • the process proceeds to step S9.
  • the second value may be set to a value smaller than the first value so that the swing axis fixed mode and the azimuth axis fixed mode are not repeatedly switched finely.
  • step S9 the control device 4 controls the operation of the optical planetarium 10 in the transition mode in order to shift the control of the operation of the optical planetarium 10 to the swing axis fixed mode. That is, the control device 4 determines the angle around the swing shaft 84 so as to gradually reduce the angular velocity of rotation around the swing shaft 84 while directing the angle around the swing shaft 84 toward the target value. Based on the angle around the swing axis 84, the angles around the diurnal axis 81, the latitude axis 82, and the azimuth axis 83 for reproducing the target starry sky are calculated.
  • the control device 4 controls the rotation around the diurnal axis 81, the latitude axis 82, the azimuth axis 83, and the swing axis 84 based on the obtained values.
  • the target value of the angle around the swing shaft 84 becomes the limit value when it is determined in step S7 that the rotation around the swing shaft 84 is about to reach the limit, and is, for example, ⁇ 30 °.
  • the target value of the angle around the swing axis 84 is 0 ° in the initial state. Become.
  • step S10 the control device 4 has set the angular velocity of rotation around the swing shaft 84 to 0 and the angle around the swing shaft 84 to be the target value, that is, the rotation around the swing shaft 84 has stopped at the target value. Judge whether or not. When the rotation around the swing shaft 84 has not stopped at the target value, the process returns to step S9, and the control in the transition mode is continued. On the other hand, when the rotation around the swing shaft 84 stops at the target value, the process returns to step S1, and the control in the swing shaft fixed mode is performed again.
  • the angle formed by the diurnal axis 81 and the horizontal plane becomes larger than the predetermined value, that is, the angle formed by the diurnal axis 81 and the azimuth axis 83 becomes smaller than the predetermined value.
  • the control method is not limited to this.
  • the angles around the diurnal axis 81, the latitude axis 82, the azimuth axis 83, and the swing axis 84 are controlled so as to suppress the angular velocity or the angular acceleration of rotation around the diurnal axis 81 or the azimuth axis 83 to less than a predetermined value. May be done.
  • the swing axis fixed mode and the azimuth axis fixed mode may be switched according to the angular velocity or the angular acceleration of rotation around the diurnal axis 81 or the azimuth axis 83.
  • the same effect can be obtained in this case as well.
  • FIG. 5A shows the angles around the diurnal axis 181 and around the latitude axis 182 and around the azimuth axis 183 with respect to the elapsed time when reproducing this diurnal motion using the conventional modern 3-axis optical planetarium 110. It is a figure which shows.
  • the time around 140 seconds when the angle around the latitude axis 182 is close to 90 ° is when the Polaris 912 passes near the zenith 913. It can be seen that the rotation around the diurnal axis 181 and the rotation around the azimuth axis 183 rapidly increase in the vicinity of the Polaris 912 passing near the zenith 913.
  • FIG. 5B shows the diurnal axis 81, the latitude axis 82, and the azimuth axis 83 with respect to the elapsed time when the same diurnal motion is reproduced using the new 4-axis optical planetarium 10 of the present embodiment. It is a figure which shows the angle around the circumference and the swing shaft 84. As in the case of FIG. 5A, around 140 seconds is when Polaris 912 passes near the zenith 913.
  • the rotation around the diurnal axis 81 and the rotation around the azimuth axis 83 are rapidly increased. It can be seen that the rotation around each axis is smooth even in other situations.
  • the new 4-axis optical planetarium 10 can operate in two modes, the swing axis fixed mode and the azimuth axis fixed mode. Then, according to the azimuth axis fixed mode, the optical planetarium 10 can move the polaris reasonably near the zenith by the combination of the rotation around the swing axis 84 and the rotation around the latitude axis 82, which is a singular point. Does not cause problems related to. As a result, the optical planetarium 10 has stars without causing a sudden increase in the rotational speed around the axis such as the diurnal axis 81 or the azimuth axis 83, which can occur only in the swing axis fixed mode. The movement of can be reproduced smoothly and appropriately.
  • the same effect can be obtained with the classical 4-axis type because the number of rotatable axes should be increased in order to be able to reproduce any starry sky smoothly and appropriately.
  • the size of the device becomes large.
  • the new 4-axis optical planetarium 10 according to the present embodiment the addition of the swing shaft 84 makes the gantry fork 22 into an arc shape, and a roller bearing is attached along the arc shape rail. You can do it by doing things. Therefore, the size of the entire optical planetarium 10 is not increased. According to this embodiment, it is possible to realize a compact and lightweight optical planetarium 10 as in the case of the modern 3-axis type, although it is a 4-axis type.
  • the device is a 4-axis type by fixing the azimuth axis vertically and making the latitude axis tiltable.
  • the latitude axis tilt angle changing mechanism 40 has the following configuration in order to reduce the size of the device.
  • the swing axis 84 in which the latitude axis 82 rotates around the latitude axis 82 is provided so as to pass through the center of the star sphere 11 orthogonal to the azimuth axis 83 and the latitude axis 82.
  • the gantry fork 22 that rotatably supports the star sphere 11 around the latitude axis 82 is provided on the surface including the latitude axis 82 and the azimuth axis 83.
  • the latitude axis tilt angle changing mechanism 40 has a structure in which a slider 43 that slides on a rail 41 provided in an arc shape centered on a swing shaft 84 is provided on a gantry fork 22.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Educational Administration (AREA)
  • Educational Technology (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Instructional Devices (AREA)

Abstract

光学式プラネタリウムは、星の像を投影する投影機と、投影機が日周軸周りに回転可能となるように構成された日周軸支持機構と、投影機が日周軸と直交する緯度軸周りに回転可能となるように構成された緯度軸支持機構と、投影機が鉛直に設けられた方位軸周りに回転可能となるように構成された方位軸支持機構と、緯度軸と水平面とのなす角を所定の範囲内で変更可能とするように構成された緯度軸傾斜角変更機構とを備える。

Description

光学式プラネタリウム及びそれを有するプラネタリウムシステム
　本発明は、光学式プラネタリウム及びそれを有するプラネタリウムシステムに関する。
　１．モダン３軸式
　現在最も普及している代表的な光学式プラネタリウムの構成を図６に示す。光学式プラネタリウム１１０には、恒星を投影するための投影機１１２として、それぞれ半球状の北天用投影機１１１ａと南天用投影機１１１ｂとがそれぞれ正対して設けられている。これを恒星球１１１と呼ぶ。恒星球１１１は、日周軸１８１を中心に回転可能となっている。この恒星球１１１は、架台フォーク１２２上に、日周軸１８１と直交する、水平に設けられた緯度軸１８２を中心に回転可能に支持されている。この緯度軸１８２周りに恒星球１１１を回転させることで、日周軸１８１と水平面との傾斜角が自在に変更可能となっている。
　日周軸１８１が現在の天の北極及び天の南極を指すように、恒星球１１１から投影される星は、地球の自転軸を基準とする赤道座標に基づいた座標で配置されている。したがって、恒星球１１１を日周軸１８１周りに回転させることでドームスクリーンには星の日周運動が再現される。また恒星球１１１を緯度軸１８２周りに回転させることで、光学式プラネタリウム１１０は、地球上の任意の緯度の観測地の星空を再現できる。
　近年のプラネタリウムでは、旧来のように観客席をドーム中心に向けて同心円状に配置する方式ではなく、観客席を一方向に向けて配置する方式が主流になっている。このような配置によって、解説者の目線と観客の目線とを同じ向きに合わせやすいため、解説者は、すべての観客に天体の解説を正しく伝えやすい。一方で、特定の方位を正面とするために、正面と反対側は見にくくなる。例えば南側を正面とした場合、北側の天体を説明するには、解説者も観客も真後ろを振り返らねばならなくなる。それでは不便であるから、光学式プラネタリウム１１０は、その全体を水平方向に回転させる方位軸１８３を備える。このように正面の方位を自在に変更可能にする方式が普及している。以上のように、近年では、恒星などの天体の運行を再現するために日周軸１８１、緯度軸１８２、方位軸１８３の３軸を有する光学式プラネタリウム１１０が一般的である。このような光学式プラネタリウム１１０の方式を、モダン３軸式と呼ぶことにする。
　２．クラシカル４軸式
　旧来は、歳差運動と呼ぶ長年にわたる自転軸の変化を再現するために、図７に示すような、日周軸２８１と緯度軸２８２とに加えて歳差軸２８５を備えた光学式プラネタリウム２１０が一般的であった。このような光学式プラネタリウム２１０の方式を、クラシカル３軸式と呼ぶことにする。北天用の恒星球２１１ａと南天用の恒星球２１１ｂとは、地球の自転軸ではなく、地球の公転軌道面を基準とする黄道座標に基づいた星空を投影するように構成されており、これらが歳差軸２８５を中心に回転可能に構成されている。この歳差軸２８５が、歳差軸ホルダ２９１によって保持されており、歳差軸ホルダ２９１全体が日周軸２８１を中心に回転可能となっている。この歳差軸ホルダ２９１は、日周軸２８１と歳差軸２８５とのなす角を、およそ２３．４°で保持している。この角度は、地球の赤道の、黄道面に対する傾斜角である。日周軸２８１は、緯度軸２８２により保持されており、緯度軸２８２を回転させることで任意の緯度の観測地の星空を再現できることは、モダン３軸式の場合と変わらない。クラシカル３軸式の光学式プラネタリウム２１０は、歳差軸２８５を回転させることで、現在の北極星（こぐま座α星：ポラリス）が北極星となる現在の星の動きだけでなく、例えば現在から１１，０００年後の未来のこと座のヴェガ星が北極星となる星の動きをも再現することができる。
　さらにクラシカル３軸式に、その全体を水平に回転させる方位軸２８３を備えた光学式プラネタリウム２１０も知られている。このような光学式プラネタリウム２１０の方式を、クラシカル４軸式と呼ぶことにする。
　クラシカル３軸式及びクラシカル４軸式の光学式プラネタリウム２１０では、歳差軸ホルダ２９１に北天用の恒星球２１１ａ及び南天用の恒星球２１１ｂが傾斜して設置されるため、装置のサイズが大きくなってしまう。大きな光学式プラネタリウム２１０は、観客の視界を妨げることがある。このため近年では、クラシカル３軸式及びクラシカル４軸式の光学式プラネタリウム２１０はあまり用いられず、モダン３軸式の光学式プラネタリウム１１０を用いることが主流になっている。モダン３軸式によれば、恒星球１１１をコンパクトにまとめることができ、光学式プラネタリウム１１０が観客の視界を妨げることがない。
　以上のような従来型の光学式プラネタリウムが、例えば日本国特開平４－２０４５８６号公報に開示されている。
　３．多軸合成制御
　モダン３軸式の光学式プラネタリウム１１０では、歳差運動などを一つの軸周りの回転などでは再現できない。このため、３つの軸周りの角度をコンピューターで制御し、３軸合成運動で仮想的に歳差運動などを再現することが行われる。日周軸１８１、緯度軸１８２及び方位軸１８３の３軸周りの回転の組合せにより、恒星球１１１は理論上あらゆる姿勢角を取ることができる。このため、これら３軸周りの角度を的確に制御することで、歳差運動のみならず、天球上の任意の点を中心にした回転運動が再現されるので、例えば地球以外の惑星から見上げた星空なども再現され得る。
　モダン３軸式を用いた多軸合成制御において、日周軸１８１が方位軸１８３と重なるなど、二軸が近づくと、運動の自由度が低下し、星空の再現が適切に行えない場合がある。クラシカル４軸式による４軸の合成運動によれば、このような運動の自由度の低下は防がれ、高い精度で星空の再現が行われ得る。しかしながら、クラシカル４軸式では、モダン３軸式と比較して、光学式プラネタリウム２１０が複雑化及び大型化する。
　本発明は、光学式プラネタリウムにおいて、装置をコンパクトにしつつ多様な星空を適切に再現することを目的とする。
　本発明の一態様によれば、光学式プラネタリウムは、星の像を投影する投影機と、前記投影機が日周軸周りに回転可能となるように構成された日周軸支持機構と、前記投影機が前記日周軸と直交する緯度軸周りに回転可能となるように構成された緯度軸支持機構と、前記投影機が鉛直に設けられた方位軸周りに回転可能となるように構成された方位軸支持機構と、前記緯度軸と水平面とのなす角を所定の範囲内で変更可能とするように構成された緯度軸傾斜角変更機構とを備える。
　本発明によれば、光学式プラネタリウムにおいて、装置をコンパクトにしつつ多様な星空を適切に再現できる。
図１は、一実施形態に係る光学式プラネタリウムの構成例の概略を示す斜視図である。 図２は、一実施形態に係るプラネタリウムシステムの構成例の概略を示す模式図である。 図３は、現在から１１，０００年後の未来の星空の日周運動を再現する場合について説明するための図である。 図４は、一実施形態に係る光学式プラネタリウムの制御例を示すフローチャートである。 図５Ａは、モダン３軸式の光学式プラネタリウムを用いて現在から１１，０００年後の未来の星空の日周運動を再現する場合の、日周軸、緯度軸及び方位軸周りの角度の変化の一例を示す図である。 図５Ｂは、一実施形態に係る新４軸式の光学式プラネタリウムを用いて現在から１１，０００年後の未来の星空の日周運動を再現する場合の、日周軸、緯度軸、方位軸及び揺動軸周りの角度の変化の一例を示す図である。 図６は、モダン３軸式の光学式プラネタリウムの構成例の概略を示す斜視図である。 図７は、クラシカル４軸式の光学式プラネタリウムの構成例の概略を示す斜視図である。
　［光学式プラネタリウムの構成］
　一実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態に係る光学式プラネタリウムは、モダン３軸式の光学式プラネタリウムに、緯度軸を一定の範囲内で傾けるための揺動軸を設けて、４軸の投影機としたものである。４軸を有することで、歳差運動や地球以外の惑星から見上げた星空など天球上の任意の点を中心にした回転運動も適切に再現できる。また、本実施形態に係る構成によれば、装置をコンパクトにすることができる。本実施形態に係る光学式プラネタリウムの方式を新４軸式と称することにする。
　本実施形態に係る光学式プラネタリウム１０の構成例の概略を図１に示す。図１に示すように、本実施形態に係る光学式プラネタリウム１０は、従来のモダン３軸式の光学式プラネタリウム１１０と同様に、星の像を投影するための投影機１２を備える。図１に示す例では、投影機１２は、それぞれ半球状であり正対して取り付けられた、北天用投影機１１ａと南天用投影機１１ｂとを含む恒星球１１を備える。恒星球１１は、日周軸支持機構２１によって、日周軸８１を中心に回転可能に支持されている。日周軸支持機構２１は、例えば、日周軸８１に沿った軸部材、それを受ける軸受け、軸部材を回転させるためのモーター及び減速機、回転角度を検出するためのエンコーダーなどを備える。日周軸支持機構２１の構成は、これに限らずにどのようなものでもよい。例えば、日周軸支持機構２１は、円環状のレールと、レールに対してスライドする円板の周縁部に設けられたスライダーとを用いて形成されているなどであってもよい。
　恒星球１１は、日周軸８１と直交する緯度軸８２周りに回転可能なように、緯度軸支持機構２３によって架台フォーク２２上に支持されている。緯度軸支持機構２３も、種々の構成を採り得るが、例えば、軸部材、軸受け、モーター、減速機、エンコーダーなどを備える。光学式プラネタリウム１０は、恒星球１１が緯度軸８２周りに回転することで、日周軸８１と水平面との傾斜角が自在に変更できるように構成されている。
　従来のモダン３軸式の光学式プラネタリウム１１０と同様に、恒星球１１から投影される星は、地球の自転軸を基準とする赤道座標に基づいた座標で配置されている。恒星球１１が日周軸８１周りに回転することで、ドームスクリーンには星の日周運動が再現される。また、恒星球１１が水平な緯度軸８２周りに回転することで、地球上の任意の緯度の観測地の星空が再現される。
　また、光学式プラネタリウム１０は、その全体を水平方向に回転させるように、鉛直に設けられた方位軸８３周りに回転するように構成されている。すなわち、架台フォーク２２は、地面に固定された台座２７に対して、方位軸８３周りに回転可能なように、方位軸支持機構２５によって支持されている。方位軸支持機構２５も、種々の構成を採り得るが、例えば、軸部材、軸受け、モーター、減速機、エンコーダーなどを備える。架台フォーク２２が方位軸８３周りに回転することで、正面の方位は自在に変更され得る。日周軸８１、緯度軸８２及び方位軸８３は、恒星球１１の中心において交差するように設けられている。
　本実施形態に係る光学式プラネタリウム１０は、さらに、緯度軸８２と水平面とのなす角を所定の範囲内で変更可能とするように構成された緯度軸傾斜角変更機構４０を備える。特に、本実施形態に係る光学式プラネタリウム１０には、緯度軸８２がその周りに回転するように揺動軸８４が設けられている。揺動軸８４は、恒星球１１の中心において方位軸８３及び緯度軸８２と直交するように設けられている。
　緯度軸８２が揺動軸８４周りに回転できるように、本実施形態の架台フォーク２２は、恒星球１１の中心を中心とした円弧状の形状を有している。方位軸支持機構２５の上に設けられた方位軸８３周りに回転する支持部２６には、恒星球１１の中心を中心とした円弧状のレール４１が設けられている。架台フォーク２２は、このレール４１上をスライドするスライダー４３を有している。架台フォーク２２は、レール４１とスライダー４３とを介して、方位軸支持機構２５上の支持部２６に支持されている。レール４１及びスライダー４３の部分には、クロスローラベアリングが設けられていることが好ましい。架台フォーク２２には、円弧状のレール４１及びスライダー４３に沿って円弧状のラックギア４５が設けられており、支持部２６には、ラックギア４５を駆動するピニオンギア４７が設けられている。ピニオンギア４７は、揺動軸モーター４９によって駆動される。架台フォーク２２の傾斜角は、揺動軸モーター４９の動作によって自在に制御される。ここで説明した緯度軸傾斜角変更機構４０の構成は一例であり、同様の機能を有していれば、緯度軸傾斜角変更機構４０には他の構造が用いられてもよい。架台フォーク２２の揺動軸８４周りの可動範囲は、これに限らないが、例えば±３０°である。この場合、恒星球１１は、恒星球１１の中心を通る揺動軸８４周りに±３０°の範囲で回転することができる。
　図２に示すように、本実施形態のプラネタリウムシステム１において、上述のような光学式プラネタリウム１０は、内面がスクリーン２となっている半球状のドーム３の中央に配置される。光学式プラネタリウム１０は、ドーム３の内面のスクリーン２に恒星の像を投影する。この投影のための光学式プラネタリウム１０の動作は、制御装置４によって制御される。この制御には、日周軸８１、緯度軸８２、方位軸８３、揺動軸８４周りの恒星球１１の回転も含まれる。制御装置４は、コンピューターを備える。制御装置４は、Central Processing Unit（ＣＰＵ）、Application Specific Integrated Circuit（ＡＳＩＣ）、又はField Programmable Gate Array（ＦＰＧＡ）等の集積回路を備える。また、制御装置４は、Read Only Memory（ＲＯＭ）、Random Access Memory（ＲＡＭ）、ストレージ、入力装置、表示装置、各種インターフェースなどを備える。制御装置４は、プログラム又はハードウェアに従って動作する。
　［光学式プラネタリウムの動作］
　本実施形態に係る新４軸式の光学式プラネタリウム１０の動作について、図６を参照して説明した従来のモダン３軸式の光学式プラネタリウム１１０の動作と比較しながら説明する。
　本実施形態に係る新４軸式の光学式プラネタリウム１０の恒星球１１においても、従来のモダン３軸式の光学式プラネタリウム１１０の恒星球１１１においても、星の配置は、現在の地球の自転軸を基準とする赤道座標に基づいた座標で配置されている。すなわち、例えば、北天用投影機１１ａの日周軸８１上には、現在の天の北極にある星が配置されている。具体的には、１°弱のずれがあるものの、天の北極の近く、すなわち、北天用投影機１１ａの日周軸８１の近くには、北極星（こぐま座α星：ポラリス）が配置されている。
　一例として、現在から１１，０００年後の未来の星空の日周運動を再現する場合を想定する。このとき、北の空では、完全に天の北極に一致するわけではないが、こと座ヴェガ星が天の北極付近に位置する。北緯３７°付近の地点から見た場合、図３に示すように、ヴェガ９１１は北の空でほぼ高度３７°付近に見えてほとんど動かない。ポラリス９１２は、ポラリス９１２とヴェガ９１１とがおよそ５２°離れているため、北東の空から昇り、天頂９１３付近の天頂より１°ほど北側を通過することになる。他の星も、ヴェガ９１１を中心とした日周運動をすることになる。
　実際には、ポラリスは現代でも天の北極に完全に一致するわけでないし、ヴェガも１１，０００年後の未来において天の北極に完全に一致するわけではないが、ここでは、説明のため、現代においてポラリスは天の北極に一致し、１１，０００年後の未来においてヴェガは天の北極に一致して、ポラリスは天頂付近を通過するものとする。
　１１，０００年後の未来の北緯３７°地点の星空の動きを、従来のモダン３軸式の光学式プラネタリウム１１０を用いて、３軸の合成運動で再現する場合を考える。このとき、光学式プラネタリウム１１０の日周軸１８１の向きがポラリス９１２の方向を指し示し、方位軸１８３周りの角度は、ポラリス９１２の方向に追従して変化する。ポラリス９１２が天頂９１３から十分離れているときは、方位軸１８３周りの角速度は小さく、問題は発生しない。
　しかしながら、日周運動の速さはさほど速くないにもかかわらず、ポラリス９１２が天頂９１３付近を通過するときには、図３に矢印で示すように、ポラリス９１２の方位角が急激に変化するため、方位軸１８３周りの回転も同様に高速とならねばならなくなる。ポラリス９１２が完全に天頂９１３を通過する場合はその速度は瞬間的に無限大となる。これを特異点と呼ぶことにする。ポラリス９１２が天頂９１３に近づくことは、日周軸１８１と方位軸１８３とのなす角が小さくなることを意味する。ポラリス９１２の地平高度をａ°としたときに日周軸１８１と方位軸１８３のなす角は、（９０－ａ）°となる。言い換えれば、特異点で生じる現象は、方位軸１８３と日周軸１８１とが重なり、運動の自由度が下がることによって起きる。この現象は、いわゆるジンバルロックの状態と同等である。実際の光学式プラネタリウム１１０の動作においては、回転軸周りの回転の最大速度や最大加速度に限界があるため、光学式プラネタリウム１１０は、理想的な動きに正確に追従することができずに、不自然な動きが起きてしまうことになる。
　図７を参照して説明したクラシカル４軸式の光学式プラネタリウム２１０によれば、４軸の合成運動によりこの問題を解消し得る。しかしながら、クラシカル４軸式の光学式プラネタリウム２１０は、サイズが大きくなってしまい、光学式プラネタリウム２１０が観客の視界を妨げることなどが生じてしまう。
　これに対して、本実施形態に係る新４軸式の光学式プラネタリウム１０では、日周軸８１、緯度軸８２、方位軸８３及び揺動軸８４の４軸周りの回転を制御することで、日周軸８１と方位軸８３とが近づきすぎることを回避して、従来のモダン３軸式で生じる上述の問題を回避することができる。
　本実施形態に係る新４軸式の光学式プラネタリウム１０は、揺動軸固定モードと方位軸固定モードとの２つの制御モードを有する。揺動軸固定モードでは、揺動軸８４周りの角度が所定の値に固定され、日周軸８１、緯度軸８２及び方位軸８３の各軸周りの角度が算出され、恒星球１１の姿勢が制御される。揺動軸８４周りの角度が０°であり緯度軸８２が水平になっているとき、これは従来のモダン３軸式の場合と同等となる。方位軸固定モードでは、方位軸８３が所定の値に固定され、日周軸８１、緯度軸８２及び揺動軸８４の各軸周りの角度が算出され、恒星球１１の姿勢が制御される。それぞれのモードにおいて、各軸周りの角度は、行列計算などを用いて数学的に算出できることが既知である。ここでは、この算出についての説明は省略する。
　通常は、揺動軸８４周りの角度を初期値である０°に固定した揺動軸固定モードで制御される。一方、例えばポラリス９１２の高度が７０°を超える場合等、日周軸８１と方位軸８３とが所定範囲よりも近付くような状態では、制御モードが、方位軸固定モードに切り替えられる。また、方位軸固定モードにおいて再び例えばポラリス９１２の高度が７０°を下回る場合等、日周軸８１と方位軸８３とが所定範囲よりも遠ざかるような状態では、制御モードが、揺動軸固定モードに切り替えられる。
　揺動軸固定モードと方位軸固定モードとの切り替えは、日周軸８１と方位軸８３とのなす角を基準として行うに限らない。例えば、日周軸８１周り又は方位軸８３周りの回転の角速度又は角加速度が所定値未満となるように、揺動軸固定モードと方位軸固定モードとの切り替えが行われてもよい。また、日周軸８１と方位軸８３とのなす角と、日周軸８１周り又は方位軸８３周りの回転の角速度又は角加速度との両方を用いて、揺動軸固定モードと方位軸固定モードとの切り替えが行われてもよい。
　このモードの切り替えは、スムースに行われるように、揺動軸固定モードから方位軸固定モードに切り替えられるときには、方位軸８３周りの角速度を徐々に減速させるように、また、方位軸固定モードから揺動軸固定モードに切り替えられるときには、揺動軸８４周りの角速度を徐々に減速させるように、方位軸８３と揺動軸８４との両方について角速度を有する遷移モードが設けられることが好ましい。また、方位軸固定モードから揺動軸固定モードに切り替えられたときには、揺動軸８４周りの角度は、ゆるやかに初期値である０°に戻されることが好ましい。また、制御の状態によっては揺動軸８４周りの取るべき角度が、装置の限界である例えば±３０°を超える場合があり得る。その場合は、揺動軸８４周りの角度はその最大値で固定され、制御モードが揺動軸固定モードに切替えられる。この場合も、±３０°に達する前に、揺動軸８４周りの角速度を徐々に低下させて回転を止めることが好ましい。
　本実施形態の制御の一例について、図４に示すフローチャート参照して説明する。
　ステップＳ１において、制御装置４は、光学式プラネタリウム１０の動作を揺動軸固定モードで制御する。すなわち、制御装置４は、揺動軸８４周りの角度を固定し、目標とする星空を再現するための、日周軸８１、緯度軸８２及び方位軸８３周りの角度を算出する。制御装置４は、得られた値に基づいて、日周軸８１、緯度軸８２及び方位軸８３周りの回転を制御する。
　ステップＳ２において、制御装置４は、日周軸８１と水平面とのなす角が、例えば７０°といった所定の第１の値よりも大きいか否かを判定する。日周軸８１と水平面とのなす角が第１の値よりも大きくないとき、処理はステップＳ１に戻り、揺動軸固定モードでの制御が継続される。一方、日周軸８１と水平面とのなす角が第１の値よりも大きいとき、処理はステップＳ３に進む。
　ステップＳ３において、制御装置４は、光学式プラネタリウム１０の動作の制御を方位軸固定モードに移すために、光学式プラネタリウム１０の動作を遷移モードで制御する。すなわち、制御装置４は、方位軸８３周りの回転の角速度を徐々に減少させるように方位軸８３周りの角度を決定し、この方位軸８３周りの角度に基づき、目標とする星空を再現するための、日周軸８１、緯度軸８２及び揺動軸８４周りの角度を算出する。制御装置４は、得られた値に基づいて、日周軸８１、緯度軸８２、方位軸８３及び揺動軸８４周りの回転を制御する。
　ステップＳ４において、制御装置４は、方位軸８３周りの回転の角速度が０になったか、すなわち、方位軸８３周りの回転が止まったか否かを判定する。方位軸８３周りの回転が止まっていないとき、処理はステップＳ３に戻り、遷移モードでの制御が継続される。一方、方位軸８３周りの回転が停止したとき、処理はステップＳ５に進む。
　ステップＳ５において、制御装置４は、光学式プラネタリウム１０の動作を方位軸固定モードで制御する。すなわち、制御装置４は、方位軸８３周りの回転が停止した状態でその角度を固定し、目標とする星空を再現するための、日周軸８１、緯度軸８２及び揺動軸８４周りの角度を算出する。制御装置４は、得られた値に基づいて、日周軸８１、緯度軸８２及び揺動軸８４周りの回転を制御する。
　ステップＳ６において、制御装置４は、揺動軸８４周りの回転を制限するか否かに関する決定を行う。揺動軸８４周りには、例えば±３０°しか回転できないという制限がある。このため、揺動軸８４周りの角度が例えば±３０°に達してしまいそうな場合には、方位軸固定モードを継続できないので、揺動軸固定モードに遷移しなければならない。そこで、制御装置４は、揺動軸８４周りの角度が例えば±３０°に達してしまいそうか否かを判断する。例えば、制御装置４は、現在の揺動軸８４周りの角速度が速いほど絶対値が小さい値に設定されるリミット値と現在の揺動軸８４周りの角度とを比較し、現在の揺動軸８４周りの角度がリミット値を超えるとき、揺動軸８４周りの回転を制限すると決定する。
　ステップＳ７において、制御装置４は、ステップＳ６でなされた決定に基づいて、揺動軸８４周りの回転を制限するか否かを判定する。揺動軸８４周りの回転を制限するとき、処理はステップＳ９に進む。一方、揺動軸８４周りの回転を制限しないとき、処理はステップＳ８に進む。
　ステップＳ８において、制御装置４は、日周軸８１と水平面とのなす角が、例えば７０°といった所定の第２の値よりも小さいか否かを判定する。日周軸８１と水平面とのなす角が第２の値よりも小さくないとき、処理はステップＳ５に戻り、方位軸固定モードでの制御が継続される。一方、日周軸８１と水平面とのなす角が第２の値よりも小さいとき、処理はステップＳ９に進む。なお、揺動軸固定モードと方位軸固定モードとが細かく繰り返し切り替わらないように、第２の値は第１の値よりも小さい値に設定されてもよい。
　ステップＳ９において、制御装置４は、光学式プラネタリウム１０の動作の制御を揺動軸固定モードに移すために、光学式プラネタリウム１０の動作を遷移モードで制御する。すなわち、制御装置４は、揺動軸８４周りの角度を目標値に向かわせつつ、揺動軸８４周りの回転の角速度を徐々に減少させるように揺動軸８４周りの角度を決定し、この揺動軸８４周りの角度に基づき、目標とする星空を再現するための、日周軸８１、緯度軸８２及び方位軸８３周りの角度を算出する。制御装置４は、得られた値に基づいて、日周軸８１、緯度軸８２、方位軸８３及び揺動軸８４周りの回転を制御する。ここで、揺動軸８４周りの角度の目標値は、ステップＳ７で揺動軸８４周りの回転が限界に達しそうと判定された場合には、その限界値となり、例えば±３０°となる。一方、ステップＳ８において、日周軸８１と水平面とのなす角が第２の値よりも小さいと判定された場合には、揺動軸８４周りの角度の目標値は、初期状態の０°となる。
　ステップＳ１０において、制御装置４は、揺動軸８４周りの回転の角速度が０かつ揺動軸８４周りの角度が目標値になったか、すなわち、揺動軸８４周りの回転が目標値で停止したか否かを判定する。揺動軸８４周りの回転が目標値で停止していないとき、処理はステップＳ９に戻り、遷移モードでの制御が継続される。一方、揺動軸８４周りの回転が目標値で停止したとき、処理はステップＳ１に戻り、再び揺動軸固定モードでの制御が行われる。なお、揺動軸８４周りの角度が例えば±３０°で固定されて揺動軸固定モードで制御されている場合において、日周軸８１と水平面とのなす角が十分に小さくなったとき、揺動軸８４周りの角度は徐々に０°に戻される。以上の動作が繰り返される。
　ここでは、日周軸８１と水平面とのなす角が所定値よりも大きくなることを避けるように、すなわち、日周軸８１と方位軸８３とのなす角が所定値よりも小さくなることを避けるように制御する例を示したが、制御方法はこれに限らない。同様に、日周軸８１又は方位軸８３周りの回転の角速度又は角加速度を所定値未満に抑えるように、日周軸８１、緯度軸８２、方位軸８３及び揺動軸８４周りの角度が制御されてもよい。すなわち、日周軸８１又は方位軸８３周りの回転の角速度又は角加速度に応じて、揺動軸固定モードと方位軸固定モードとが切り替えられてもよい。この場合も同様の効果が得られる。
　図３を参照して説明した現在から１１，０００年後の未来の星空の日周運動を再現する場合の、従来のモダン３軸式の光学式プラネタリウム１１０の挙動と、本実施形態に係る新４軸式の光学式プラネタリウム１０の挙動とについて説明する。
　図５Ａは、従来のモダン３軸式の光学式プラネタリウム１１０を用いてこの日周運動を再現する場合の、経過時間に対する日周軸１８１周り、緯度軸１８２周り、及び方位軸１８３周りの角度を示す図である。緯度軸１８２周りの角度が９０°近くとなっている１４０秒付近が、ポラリス９１２が天頂９１３付近を通過するときである。ポラリス９１２が天頂９１３付近を通過する付近において、日周軸１８１周りの回転及び方位軸１８３周りの回転が急激に速くなっていることがわかる。
　一方、図５Ｂは、本実施形態の新４軸式の光学式プラネタリウム１０を用いて同様の日周運動を再現する場合の、経過時間に対する日周軸８１周り、緯度軸８２周り、方位軸８３周り、及び揺動軸８４周りの角度を示す図である。図５Ａの場合と同じく１４０秒付近が、ポラリス９１２が天頂９１３付近を通過するときである。本実施形態の新４軸式の光学式プラネタリウム１０によれば、ポラリス９１２が天頂９１３付近を通過する状況においても、日周軸８１周りの回転及び方位軸８３周りの回転が急激に速くなるようなことはなく、その他の状況においても各軸周りの回転は滑らかであることがわかる。
　以上のように、本実施形態に係る新４軸方式の光学式プラネタリウム１０は、揺動軸固定モードと方位軸固定モードとの２つのモードで動作することができる。そして、方位軸固定モードによれば、光学式プラネタリウム１０は、揺動軸８４周りの回転と緯度軸８２周りの回転との組合せにより、無理なくポラリスを天頂付近で移動させることができ、特異点にまつわる問題を起こすことがない。これにより、揺動軸固定モードのみでは生じ得るような、日周軸８１又は方位軸８３などの軸周りの回転速度が急激に上昇するようなことを引き起こすことなく、光学式プラネタリウム１０は、星々の動きを滑らかに適切に再現することができる。
　どのような星空をも滑らかに適切に再現できるようにするには、回転可能な軸の数を増やせばよいので、クラシカル４軸式でも類似の効果が得られることは上述のとおりである。一方で、上述のとおり、クラシカル４軸式の光学式プラネタリウム２１０では、装置のサイズが大きくなってしまう。これに対して、本実施形態に係る新４軸方式の光学式プラネタリウム１０において、揺動軸８４の追加は、架台フォーク２２を円弧状の形状にし、円弧状のレールに沿ってローラーベアリングを取り付ける事で行える。したがって、光学式プラネタリウム１０全体の大型化を招く事がない。本実施形態によれば、４軸式であるにも関わらずモダン３軸式の場合と同様に、小型軽量の光学式プラネタリウム１０を実現することができる。
　モダン３軸式の光学式プラネタリウムにおいて、一軸を追加する方法として、他の方法も考えられる。例えば、台座から上の全体を傾けて方位軸を揺動できるように一軸を追加することも考えられる。しかしながら、このような構成では、台座に方位軸傾斜角変更機構を設けることとなり、装置が大型化することになる。そこで、本実施形態では、方位軸を鉛直に固定し、緯度軸を傾斜可能とすることで装置を４軸式としている。特に、上述の実施形態のとおり、緯度軸傾斜角変更機構４０は、次のような構成を有することが装置の小型化において好ましい。すなわち、緯度軸８２がその周りに回転する揺動軸８４は、方位軸８３及び緯度軸８２と直交して恒星球１１の中心を通るように設けられる。恒星球１１を緯度軸８２周りに回転可能に支持する架台フォーク２２は、緯度軸８２及び方位軸８３を含む面に設けられる。緯度軸傾斜角変更機構４０は、揺動軸８４を中心とした円弧状に設けられたレール４１の上をスライドするスライダー４３が、架台フォーク２２に設けられた構成を有する。
　ここでは、１１，０００年後の北緯３７°の地点の星空を再現する場合を例に挙げて説明したが、他の天体の動きを再現するときも同様である。すなわち、日周軸近くに配置されたポラリスが天頂付近を通過するとき、あるいは真下を通過するとき、モダン３軸方式では同様の問題が発生する一方、本実施形態の新４軸方式ではこの問題を回避することができる。本実施形態の新４軸方式の光学式プラネタリウム１０は、例えば、宇宙から見た星空を投影する場合など、様々な条件においても同様に動作し、これらの場合においても常に適切な星空の投影を実現することができる。
　以上、本発明について、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明は、前述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることはいうまでもない。

 

Claims (9)

  1. 　星の像を投影する投影機と、
    　前記投影機が日周軸周りに回転可能となるように構成された日周軸支持機構と、
    　前記投影機が前記日周軸と直交する緯度軸周りに回転可能となるように構成された緯度軸支持機構と、
    　前記投影機が鉛直に設けられた方位軸周りに回転可能となるように構成された方位軸支持機構と、
    　前記緯度軸と水平面とのなす角を所定の範囲内で変更可能とするように構成された緯度軸傾斜角変更機構と
    　を備える光学式プラネタリウム。
  2. 　前記緯度軸傾斜角変更機構は、前記方位軸及び前記緯度軸と直交する揺動軸周りに前記緯度軸が回転可能となるように構成されている、請求項１に記載の光学式プラネタリウム。
  3. 　前記揺動軸は、前記投影機の中心を通る、請求項２に記載の光学式プラネタリウム。
  4. 　前記緯度軸傾斜角変更機構は、
    　　　前記揺動軸を中心とした円弧状に設けられたレールと、
    　　　前記レールの上をスライドするスライダーと
    　を備える、請求項２又は３に記載の光学式プラネタリウム。
  5. 　請求項２～４の何れかに記載の光学式プラネタリウムと、
    　前記日周軸、前記緯度軸、前記方位軸及び前記揺動軸周りの角度を制御する制御装置と
    　を備えるプラネタリウムシステム。
  6. 　前記制御装置は、
    　　　前記揺動軸周りの角度を指定して、前記日周軸、前記緯度軸及び前記方位軸周りの角度を算出する、揺動軸固定モードと、
    　　　前記方位軸周りの角度を指定して、前記日周軸、前記緯度軸及び前記揺動軸周りの角度を算出する、方位軸固定モードと
    　の制御モードを有し、前記揺動軸固定モードと前記方位軸固定モードとを切り替えて前記光学式プラネタリウムの動作を制御する、
    　請求項５に記載のプラネタリウムシステム。
  7. 　前記制御装置は、前記方位軸固定モードにおいて、前記揺動軸周りの角度を所定の範囲内に制限し、前記揺動軸周りの角度が前記所定の範囲を超える前に、前記制御モードを前記揺動軸固定モードに切り替える、請求項６に記載のプラネタリウムシステム。
  8. 　前記制御装置は、前記日周軸と前記方位軸とのなす角が所定値より大きくなるように、前記日周軸、前記緯度軸、前記方位軸及び前記揺動軸周りの角度を制御する、請求項５～７の何れかに記載のプラネタリウムシステム。
  9. 　前記制御装置は、前記日周軸又は前記方位軸周りの回転の角速度又は角加速度が所定値未満となるように、前記日周軸、前記緯度軸、前記方位軸及び前記揺動軸周りの角度を制御する、請求項５～８の何れかに記載のプラネタリウムシステム。

     
PCT/JP2021/025082 2020-07-20 2021-07-02 光学式プラネタリウム及びそれを有するプラネタリウムシステム WO2022019086A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/924,887 US20230196946A1 (en) 2020-07-20 2021-07-02 Optical planetarium and planetarium system having same
EP21846900.5A EP4134935A4 (en) 2020-07-20 2021-07-02 OPTICAL PLANETARIUM AND PLANETARIUM SYSTEM
CN202180031473.6A CN115485754A (zh) 2020-07-20 2021-07-02 光学式天象仪及具有该光学式天象仪的天象仪系统

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020123748A JP2022020323A (ja) 2020-07-20 2020-07-20 光学式プラネタリウム及びそれを有するプラネタリウムシステム
JP2020-123748 2020-07-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022019086A1 true WO2022019086A1 (ja) 2022-01-27

Family

ID=80216039

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2021/025082 WO2022019086A1 (ja) 2020-07-20 2021-07-02 光学式プラネタリウム及びそれを有するプラネタリウムシステム

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230196946A1 (ja)
EP (1) EP4134935A4 (ja)
JP (1) JP2022020323A (ja)
CN (1) CN115485754A (ja)
WO (1) WO2022019086A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117148661B (zh) * 2023-10-31 2024-01-09 深圳市猿人创新科技有限公司 一种微型投影仪变向机构

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04204586A (ja) 1990-11-30 1992-07-24 Goto Kogaku Kenkyusho:Kk プラネタリウム
JPH11102155A (ja) * 1997-05-23 1999-04-13 Carl Zeiss Jena Gmbh プラネタリウムでの歳差運動現象投影装置
JP2002328597A (ja) * 2001-04-26 2002-11-15 Goto Optical Mfg Co プラネタリウム
JP2003114612A (ja) * 2001-10-04 2003-04-18 Minoruta Puranetariumu Kk プラネタリウム装置、プラネタリウム制御装置およびプラネタリウム制御プログラム
JP2008276102A (ja) * 2007-05-07 2008-11-13 Ohira Giken:Kk 映像投影システム
JP2008288714A (ja) * 2007-05-15 2008-11-27 Ohira Giken:Kk 映像投影システム
JP2009169059A (ja) * 2008-01-16 2009-07-30 Goto Optical Mfg Co プラネタリウム装置
JP2012194579A (ja) * 2012-06-21 2012-10-11 Ohira Giken:Kk 複合プラネタリウムシステム

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04204586A (ja) 1990-11-30 1992-07-24 Goto Kogaku Kenkyusho:Kk プラネタリウム
JPH11102155A (ja) * 1997-05-23 1999-04-13 Carl Zeiss Jena Gmbh プラネタリウムでの歳差運動現象投影装置
JP2002328597A (ja) * 2001-04-26 2002-11-15 Goto Optical Mfg Co プラネタリウム
JP2003114612A (ja) * 2001-10-04 2003-04-18 Minoruta Puranetariumu Kk プラネタリウム装置、プラネタリウム制御装置およびプラネタリウム制御プログラム
JP2008276102A (ja) * 2007-05-07 2008-11-13 Ohira Giken:Kk 映像投影システム
JP2008288714A (ja) * 2007-05-15 2008-11-27 Ohira Giken:Kk 映像投影システム
JP2009169059A (ja) * 2008-01-16 2009-07-30 Goto Optical Mfg Co プラネタリウム装置
JP2012194579A (ja) * 2012-06-21 2012-10-11 Ohira Giken:Kk 複合プラネタリウムシステム

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4134935A4

Also Published As

Publication number Publication date
CN115485754A (zh) 2022-12-16
US20230196946A1 (en) 2023-06-22
EP4134935A1 (en) 2023-02-15
EP4134935A4 (en) 2024-04-03
JP2022020323A (ja) 2022-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2720299T3 (es) Aparato de control, cabezal de soporte que usa el mismo, y método de control de cabezal de soporte
US4639224A (en) Multiple projector planetarium drive system
WO2022019086A1 (ja) 光学式プラネタリウム及びそれを有するプラネタリウムシステム
JPS5858841B2 (ja) 空中線装置
CN108696674A (zh) 重心调整机构及其相关摄影装置
US3571954A (en) Space transit simulator planetarium
JP5036226B2 (ja) プラネタリウムの制御方法およびプラネタリウム制御システム
JPH0261757B2 (ja)
US3256619A (en) Intermediate space transit planetarium
RU2339000C2 (ru) Устройство для выбора астрономических объектов наблюдения с орбитального космического аппарата
JP2806659B2 (ja) 指向追尾装置
US3574955A (en) Planetarium using a rectangular coordinate system
US2803165A (en) Planetarium projecting apparatus
US4643681A (en) Planetarium having an auxiliary projector independently rotatable about a star field projector
RU2512257C1 (ru) Монтировка телескопа
JPH11102155A (ja) プラネタリウムでの歳差運動現象投影装置
JPH06259009A (ja) プラネタリウム
CN105702150B (zh) 一体式光学-数字天象仪
JP3498911B2 (ja) 回転型多自由度機構
JPH07281592A (ja) プラネタリウム
JP3758524B2 (ja) 天体観測ドーム
JPS6143781A (ja) プラネタリウム装置
JPS59174877A (ja) プラネタリウムの恒星投映機
CN207867799U (zh) 具有星座连线功能的天象仪
JP2022024828A (ja) 回転駆動機構及びそれを用いたプラネタリウム投影機

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21846900

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021846900

Country of ref document: EP

Effective date: 20221109

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE