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技術 星空投影装置,星空投影システムおよび星空投影方法

出願人 有限会社大平技研
発明者 酒井克浩大平貴之
出願日 2015年3月27日 (4年1ヶ月経過) 出願番号 2015-066465
公開日 2016年10月27日 (2年6ヶ月経過) 公開番号 2016-186559
状態 未査定
技術分野 教示用装置 投影装置 電気信号の光信号への変換
主要キーワード 変形修正 設置調整 スライド映写機 マスク映像 プラネタリウム投 遮蔽部分 実施構成 日周運動
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年10月27日)のものです。
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図面 (12)

課題

画像素子投影光学系の経路の一部に用いることにより任意の範囲の星を消したり減光させたりすることができる星空投影装置,星空投影システムおよび星空投影方法を提供する。

解決手段

光源1から出射した光は集光レンズ2を通り、DMD素子3aでマイクロ微細素子単位で反射オンオフ)され、結像レンズ4を介して恒星原板6に像が結ばれる。恒星原板6を通過した光は投影レンズ7でドームスクリーンなどに投影される。

概要

背景

従来の光学式プラネタリウムでは、強い光源の光を、遮光性基材恒星に相当する透過孔を有する恒星原板に通し、投影レンズドームスクリーン内に拡大投影する、投影ユニットによってリアル星空を映し出していた。
光学式プラネタリウムは、従来はドーム状の天井の全面に星空を映し出すため、複数の投影ユニットを有し、天球を複数に分割して投影し、一つのつながった星空のように見せると同時に、この投影ユニットを複数有する投影機全体を回転させることにより、日時や場所の変化も再現する方法が主流であった。

近年は、単一の投影ユニットを有し、天井のみに星空を投影するものや、この際、恒星原板を光軸より偏芯させたうえでこれを回転させ、日周運動を再現して見せるものも存在している(特許文献1)。これらによれば、低価格で家庭等でも簡易的に美しい星空を鑑賞することが可能になっている(特許文献3)。
これら恒星原板を用いた光学式プラネタリウムでは、精密加工により恒星原板の精細度をきわめて高めることにより美しい星空を投影できるという特徴を有する。しかしながら、一方で恒星原板は固定したパターンであるため、その中の任意の星だけ表示したり、隠したりすることができない。

満天の星空を投影したいだけであればこれでも十分である。実際のプラネタリウム上映では、美しい星空に重ねて地形などの前景を、スライド映写機ビデオプロジェクタを使って投影し、臨場感を出す演出が頻繁に行われている。
しかしながらこれらの演出では、映像に星空が重なる部分でも星が投影されてしまうため、前景に星が透けて投影されてしまい、観客不自然印象を与えてしまう。
この課題を解決するために、恒星原板を含む投影光路中に任意の透過パターンを得る電気光学効果を有する素子を挿入して星空の任意の範囲を遮光する技術が提案されている(特許文献2)。

しかしながら投影光路中に電子光学素子を挿入する場合、たとえばECD(電気光学素子)では、遮光部の遮光性が十分ではなく、応答速度も遅いために実用上は不便である。しかも恒星原板は概ね50mm以上の寸法で設計されることがほとんどであり、これに相当するサイズのものは実際には入手が難しく、市場規模の限られたプラネタリウム投影機での実施は困難である。
一方、液晶パネルDMD素子等は、プロジェクタ用に多様なものが市販されているが、パネルのサイズが小さすぎ、特許文献2の形態での実施は困難である。

近年ではコンピュータグラフィックスとビデオプロジェクタを用いたディジタルプラネタリウム活用され、演出上の一切の制限はなくなっている。しかしながら、ビデオプロジェクタによる解像度は精密加工により製造された恒星原板を用いる光学式プラネタリウムのそれには遠く及ばず、ディジタルプラネタリウムのみを用いて、この問題を解決できるものではない。

精細な星空と映像の重なりの不自然さを解消するために、ビデオプロジェクタを用いたディジタル投影装置で所定より暗い星を投影し、光学式プラネタリウムでは所定より明るい星を投影することにより星空を完成させると同時に、光学式プラネタリウムで投影される明るい星を個別にオンオフ可能な構成とする装置が提案され、著しい効果を上げているが、このためには高精細のディジタル投影装置と、これらから投影される星像がドームスクリーン上の正しい位置に再現され、光学式プラネタリウムから投影される星像との位置関係を正しく維持するために緻密な設置調整が必要である。また、特別な設置作業保守が必要となってコストも高くなるという課題があった。

概要

画像素子投影光学系の経路の一部に用いることにより任意の範囲の星を消したり減光させたりすることができる星空投影装置,星空投影システムおよび星空投影方法を提供する。光源1から出射した光は集光レンズ2を通り、DMD素子3aでマイクロ微細素子単位で反射(オンオフ)され、結像レンズ4を介して恒星原板6に像が結ばれる。恒星原板6を通過した光は投影レンズ7でドームスクリーンなどに投影される。

目的

本発明は、以上の従来技術の問題点を解消する星空投影装置を実現するもので、その目的は、複数の画素を有する画像素子と、画像素子を照明する光源と、この光源の光で画像素子を照明する照明光学系と、照明光学系により照明された画像素子の像を恒星原板面に結像させる結像光学系を有し、恒星原板上の照度分布可変可能とすることにより、任意の範囲の星を消したり減光させたりすることができるようにした星空投影装置,星空投影システムおよび星空投影方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

遮光性基材恒星に相当する透過孔パターンを有する恒星原板を有し、複数の画素を有し、各画素毎に独立制御して光をオンオフさせる画像素子と、前記画像素子を照明する光源と、前記光源の光で前記画像素子を照明する照明光学系と、前記照明光学系により照明された前記画像素子の像を前記恒星原板面に結像させる結像光学系とを備え、前記恒星原板上の照度分布可変可能に構成したことを特徴とする星空投影装置

請求項2

前記画像素子はDMD素子を使用したことを特徴とする請求項1記載の星空投影装置。

請求項3

前記画像素子は液晶パネルを使用したことを特徴とする請求項1記載の星空投影装置。

請求項4

前記恒星原板が光学系に対して可動となっており、前記恒星原板の位置情報を参照して前記画像素子に与える信号を制御する画像素子制御回路を有し、星空の任意の範囲を表示,消去,または強調を行うことを特徴とする請求項1,2または3記載の星空投影装置。

請求項5

請求項1,2,3または4記載の星空投影装置を単独で用いて、星空を投影することを特徴とする星空投影システム

請求項6

請求項1,2,3または4記載の星空投影装置を複数用いて、恒星を分割して投影し星空を完成させることを特徴とする星空投影システム。

請求項7

請求項1,2,3または4記載の星空投影装置に、ディジタル映像投影装置を併設し、前記ディジタル映像投影装置の映像に合わせて画像素子を制御する画像素子制御回路を有し、映像との重なり部分の星空をマスクすることを特徴とする星空投影システム。

請求項8

投影レンズ光学系に、輝星の明るさを個別に制御する画像素子を挿入してドームスクリーンなどに星空を投影する星空投影システムにおける星空投影方法であって、星空を投影するための映像信号を加工して投影画像範囲内の星空のみを投影する領域を透明部分として抽出してマスク映像信号を生成するマスク映像信号生成テップと、前記抽出した透明部分の領域とディジタル映像中の星空を表示する領域とのズレ補正して一致させる補正済マスク映像信号を生成する補正済マスク映像信号生成ステップと、前記補正済マスク映像信号により画像素子を駆動する画像素子駆動ステップと、からなり、星空投影装置とディジタル映像投影装置の両者からの投影画像投影レンズの位置の差によるパララックスを補正するため、座標変換して補正することによって、星空投影装置から投影される星の位置と前記ディジタル映像投影装置上の座標相関をとり、星空投影装置から投影される輝星を含む各恒星をドームスクリーンなどに投影することを特徴とする星空投影方法。

請求項9

前記画像素子はDMD素子または液晶パネルであることを特徴とする請求項8記載の星空投影方法。

請求項10

前記星空投影装置は光学式星空投影機であり、前記ディジタル映像投影装置はビデオプロジェクタであることを特徴とする請求項8または9記載の星空投影方法。

請求項11

前記ビデオプロジェクタは、映像信号を投影するビデオプロジェクタを構成する本体に、結像補助レンズコンデンサレンズおよび恒星原板を配列し、該恒星原板から出射される投影画像を投影することを特徴とする請求項10記載の星空投影方法。

請求項12

前記光学式星空投影機は、星空を投影する光学レンズ系光軸に対し恒星原板を偏芯させて回転させ、日周運動する星空を実現することを特徴とする請求項10記載の星空投影方法。

技術分野

0001

本発明は、ドームスクリーン天井,壁などに星空投影する、プラネタリウム装置を構成する星空投影装置,星空投影システムおよび星空投影方法に関する。

背景技術

0002

従来の光学式プラネタリウムでは、強い光源の光を、遮光性基材恒星に相当する透過孔を有する恒星原板に通し、投影レンズでドームスクリーン内に拡大投影する、投影ユニットによってリアルな星空を映し出していた。
光学式プラネタリウムは、従来はドーム状の天井の全面に星空を映し出すため、複数の投影ユニットを有し、天球を複数に分割して投影し、一つのつながった星空のように見せると同時に、この投影ユニットを複数有する投影機全体を回転させることにより、日時や場所の変化も再現する方法が主流であった。

0003

近年は、単一の投影ユニットを有し、天井のみに星空を投影するものや、この際、恒星原板を光軸より偏芯させたうえでこれを回転させ、日周運動を再現して見せるものも存在している(特許文献1)。これらによれば、低価格で家庭等でも簡易的に美しい星空を鑑賞することが可能になっている(特許文献3)。
これら恒星原板を用いた光学式プラネタリウムでは、精密加工により恒星原板の精細度をきわめて高めることにより美しい星空を投影できるという特徴を有する。しかしながら、一方で恒星原板は固定したパターンであるため、その中の任意の星だけ表示したり、隠したりすることができない。

0004

満天の星空を投影したいだけであればこれでも十分である。実際のプラネタリウム上映では、美しい星空に重ねて地形などの前景を、スライド映写機ビデオプロジェクタを使って投影し、臨場感を出す演出が頻繁に行われている。
しかしながらこれらの演出では、映像に星空が重なる部分でも星が投影されてしまうため、前景に星が透けて投影されてしまい、観客不自然印象を与えてしまう。
この課題を解決するために、恒星原板を含む投影光路中に任意の透過パターンを得る電気光学効果を有する素子を挿入して星空の任意の範囲を遮光する技術が提案されている(特許文献2)。

0005

しかしながら投影光路中に電子光学素子を挿入する場合、たとえばECD(電気光学素子)では、遮光部の遮光性が十分ではなく、応答速度も遅いために実用上は不便である。しかも恒星原板は概ね50mm以上の寸法で設計されることがほとんどであり、これに相当するサイズのものは実際には入手が難しく、市場規模の限られたプラネタリウム投影機での実施は困難である。
一方、液晶パネルDMD素子等は、プロジェクタ用に多様なものが市販されているが、パネルのサイズが小さすぎ、特許文献2の形態での実施は困難である。

0006

近年ではコンピュータグラフィックスとビデオプロジェクタを用いたディジタルプラネタリウム活用され、演出上の一切の制限はなくなっている。しかしながら、ビデオプロジェクタによる解像度は精密加工により製造された恒星原板を用いる光学式プラネタリウムのそれには遠く及ばず、ディジタルプラネタリウムのみを用いて、この問題を解決できるものではない。

0007

精細な星空と映像の重なりの不自然さを解消するために、ビデオプロジェクタを用いたディジタル投影装置で所定より暗い星を投影し、光学式プラネタリウムでは所定より明るい星を投影することにより星空を完成させると同時に、光学式プラネタリウムで投影される明るい星を個別にオンオフ可能な構成とする装置が提案され、著しい効果を上げているが、このためには高精細のディジタル投影装置と、これらから投影される星像がドームスクリーン上の正しい位置に再現され、光学式プラネタリウムから投影される星像との位置関係を正しく維持するために緻密な設置調整が必要である。また、特別な設置作業保守が必要となってコストも高くなるという課題があった。

先行技術

0008

特許第5105917号公報
特開平10−123939号公報
特開2006−308785号公報

発明が解決しようとする課題

0009

このように、星空と前景を同時に表示する場合等、任意の範囲の星を消したり減光させることが難しいため、演出の不自然を生じていた。また、この課題を解決するために光学式投影機ディジタル投影機を併用する場合、高価となって設置調整も面倒なものとなり、手軽に設置して運用することは困難であった。

0010

本発明は、以上の従来技術の問題点を解消する星空投影装置を実現するもので、その目的は、複数の画素を有する画像素子と、画像素子を照明する光源と、この光源の光で画像素子を照明する照明光学系と、照明光学系により照明された画像素子の像を恒星原板面に結像させる結像光学系を有し、恒星原板上の照度分布可変可能とすることにより、任意の範囲の星を消したり減光させたりすることができるようにした星空投影装置,星空投影システムおよび星空投影方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0011

前記目的を達成するために本発明による請求項1記載の星空投影装置は、遮光性の基材に恒星に相当する透過孔パターンを有する恒星原板を有し、複数の画素を有し、各画素毎に独立制御して光をオンオフさせる画像素子と、前記画像素子を照明する光源と、前記光源の光で前記画像素子を照明する照明光学系と、前記照明光学系により照明された前記画像素子の像を前記恒星原板面に結像させる結像光学系とを備え、前記恒星原板上の照度分布を可変可能に構成したことを特徴とする。
本発明による請求項2記載の星空投影装置は、請求項1記載の星空投影装置において、前記画像素子はDMD素子を使用したことを特徴とする。
本発明による請求項3記載の星空投影装置は、請求項1記載の星空投影装置において、前記画像素子は液晶パネルを使用したことを特徴とする。
本発明による請求項4記載の星空投影装置は、請求項1,2または3記載の星空投影装置において、前記恒星原板が光学系に対して可動となっており、前記恒星原板の位置情報を参照して前記画像素子に与える信号を制御する画像素子制御回路を有し、星空の任意の範囲を表示,消去,または強調を行うことを特徴とする。
すなわち、画像素子制御回路は、ユーザの操作により星空の所定の位置に複数の恒星など(太陽系天体など)をそれぞれ独立に表示し、特定の恒星などを独立して消去し、さらに特定の恒星などを明るくして強調するように動作する。
本発明による請求項5記載の星空投影システムは、請求項1,2,3または4記載の星空投影装置を単独で用いて、星空を投影することを特徴とする。
本発明による請求項6記載の星空投影システムは、請求項1,2,3または4記載の星空投影装置を複数用いて、恒星を分割して投影し星空を完成させることを特徴とする。
本発明による請求項7記載の星空投影システムは、請求項1,2,3または4記載の星空投影装置に、ディジタル映像投影装置を併設し、前記ディジタル映像投影装置の映像に合わせて画像素子を制御する画像素子制御回路を有し、映像との重なり部分の星空をマスクすることを特徴とする。
本発明による請求項8記載の星空投影方法は、投影レンズ光学系に、輝星の明るさを個別に制御する画像素子を挿入してドームスクリーンなどに星空を投影する星空投影システムにおける星空投影方法であって、星空を投影するための映像信号を加工して投影画像範囲内の星空のみを投影する領域を透明部分として抽出してマスク映像信号を生成するマスク映像信号生成テップと、前記抽出した透明部分の領域とディジタル映像中の星空を表示する領域とのズレ補正して一致させる補正済マスク映像信号を生成する補正済マスク映像信号生成ステップと、前記補正済マスク映像信号により画像素子を駆動する画像素子駆動ステップとからなり、星空投影装置とディジタル映像投影装置の両者からの投影画像の投影レンズの位置の差によるパララックスを補正するため、座標変換して補正することによって、星空投影装置から投影される星の位置と前記ディジタル映像投影装置上の座標相関をとり、星空投影装置から投影される輝星を含む各恒星をドームスクリーンなどに投影することを特徴とする。
本発明による請求項9記載の星空投影方法は、請求項8記載の星空投影方法において、前記画像素子はDMD素子または液晶パネルであることを特徴とする。
本発明による請求項10記載の星空投影方法は、請求項8または9記載の星空投影方法において、前記星空投影装置は光学式星空投影機であり、前記ディジタル映像投影装置はビデオプロジェクタであることを特徴とする。
本発明による請求項11記載の星空投影方法は、請求項10記載の星空投影方法において、前記ビデオプロジェクタは、映像信号を投影するビデオプロジェクタを構成する本体に、結像補助レンズコンデンサレンズおよび恒星原板を配列し、該恒星原板から出射される投影画像を投影することを特徴とする。
本発明による請求項12記載の星空投影方法は、請求項10記載の星空投影方法において、前記光学式星空投影機は、星空を投影する光学レンズ系の光軸に対し恒星原板を偏芯させて回転させ、日周運動する星空を実現することを特徴とする。

発明の効果

0012

上記構成によれば、星空投影装置および星空投影システムは、恒星原板上の照度分布を可変可能となり、任意の範囲の星を消したり減光させたりすることができるようになる。したがって、恒星単位でその光度を調整して明るさを増大させたり、減少させたりすることができ、自然な演出効果を得ることができる。
また、星空投影システムは、星空と前景を同時に表示する場合等、前景の位置と重なる恒星は消し、例えば林の木々の間から星空が見える場合には、木の葉の揺れに応じて星が見え隠れする効果を演出することができ、星の明るさでも僅かに透過させる前景(雲などの自然現象など)が存在する場合には、その程度に応じて減光して自然に近い星空を実現することが可能である。

図面の簡単な説明

0013

本発明による星空投影装置を構成する投影ユニットの実施の形態を示す図で、複数の画素を有する画像素子としてDMD素子を用いた例である。
DMD素子面と恒星原板面が共役関係にあることを説明するための図である。
本発明による星空投影装置を構成する投影ユニットの他の実施の形態を示す図で、複数の画素を有する画像素子として透過形液晶パネルを利用した例である。
図1の投影ユニットの単一の光学系を用いて星空を投影する簡易プラネタリウム装置の構成例を説明するための図である。
本発明による投影ユニットとビデオプロジェクタを併用して構成した複合形プラネタリウムの実施の形態を示す図である。
図3に示す投影ユニットを既製品ビデオプロジェクタに使用した実施の形態を示す図である。
ビデオプロジェクタで投影される映像の例を示す図で、高層ビル群の間から見える夜空を示している。
図7の空の部分だけを抽出した映像であるマスク映像の例を示す図である。
恒星原板上の照明範囲を説明するための図で、恒星原板上の投影範囲の部分だけに光が照射されている状態を示している。
光学式星空投影機とビデオプロジェクタの両者の投影像の位置関係を補正するための映像信号処理の流れを説明するための図である。
ランダムノイズ状の映像をDMD素子に送り入力する映像パターンの一例を示す図である。

実施例

0014

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳しく説明する。
図1は、本発明による星空投影装置を構成する投影ユニットの実施の形態を示す図で、複数の画素を有する画像素子としてDMD素子を利用した例である。
DMD素子3aは公知のプロジェクタ用の画像素子であり、多数の、個別に角度を電気的に制御可能とした微細反射鏡を格子状に配置した素子である。一つの微細反射鏡の寸法は概ね10μm程度であり、それぞれの角度が電気的な制御により、±10°程度の範囲で可変可能となる機能を有している。

0015

光源1から出射した光は、集光レンズ2によりDMD素子3aの表面に集光される。DMD素子3aは、マイクロミラーデバイスとも呼ばれ、多数の微細反射鏡集合体であり、この反射鏡が電気信号により個別に角度を制御できる構成である。
このDMD素子3aの反射鏡は、オン方向とオフ方向大凡40°ほど角度が変わる。この時、DMD素子3aの反射鏡がオン方向の時に反射された光はちょうど結像レンズ4を通してコンデンサレンズ5、恒星原板6に入射する。一方、DMD素子3aの反射鏡がオフ方向の場合は反射光は結像レンズを通らずに別の方向に散逸してしまい、あるいは然るべき光吸収素材などにより吸収される。

0016

この時、結像レンズ4が、DMD素子3a面と恒星原板6面の間で共役関係であるとき、図2に示すように、DMD素子3aの像8が恒星原板6に結像する。DMD素子3aの像8は恒星原板6の有効範囲を覆っている。この際、DMD素子3aの任意の画素のオンオフにより、恒星原板6面の任意の範囲の照明がオンオフされることになる。
結像レンズ4がDMD素子3aを所定の倍率に拡大して恒星原板6面に結像させることによって、DMD素子3aのサイズに制限されず恒星原板6は大サイズのものを用いることができる。
恒星原板6を通過した光は、在来の投影ユニットと同じように投影レンズ7によってドームスクリーンなどの投影面に投射され、星空を映し出すことができる。

0017

図3は本発明による星空投影装置を構成する投影ユニットの他の実施の形態を示す図で、複数の画素を有する画像素子として透過形液晶パネルを利用した例である。
液晶パネルとして、プロジェクタ用に適した高温ポリシリコン透過形液晶パネルを用いるのがよい。透過液晶パネル13は透過形素子であり、個別の画素に相当する液晶素子偏光特性を電気的に制御可能となっている。これに所定の偏光を照射すると、液晶素子の偏光特性の変化により透過する光量が変化する構成となっている。
この液晶素子を用いた実施原理は、DMD素子3aのものとほぼ同様であるが、透過素子であるため、光軸は一直線となっている。
光源11,集光レンズ12,結像レンズ14,コンデンサレンズ15,恒星原板16および投影レンズ17は、図1の光源1,集光レンズ2,結像レンズ4,コンデンサレンズ5,恒星原板6および投影レンズ7にそれぞれ対応し、その構成は同じである。

0018

透過液晶パネル13は、図1のDMD素子と同様の役目を果たす。現実には透過液晶パネル13は偏光素子であるから前後には偏光板ないし偏光ビームスプリッタが必要となるが、これらについては公知であるから本図では省いている。
実施の形態として図示はしていないが、反射形液晶パネル(L−COS)素子を使った場合でも同様の実施は可能である。L−COS素子を使用する場合の実施構成は、DMD素子の使用例に準じる。
また、この実施の形態では、画像素子を単体で用いた例を示しているが、DMD素子や液晶パネルを用いた既製品のプロジェクタを応用して図1図3に示すような実施の形態に相当するような構成をした場合でも、画像素子の像を恒星原板に結像させる原理である以上、本発明の範疇に含まれるのはもちろんである。

0019

図6は、図3に示す投影ユニットを既製品ビデオプロジェクタに使用した実施の形態を示す図である。
既製品ビデオプロジェクタ34から出射した投影光は、プロジェクタ自体の投影レンズ34aおよび結像補助レンズ34bにより、コンデンサレンズ35を通して恒星原板36上に結像する。恒星原板36を通過した光は投影レンズ38を通じてドームスクリーンや天井に星空を投影する。既製品ビデオプロジェクタ34に入力する映像信号により、恒星原板36の任意の範囲のみを投影することが可能である。
このような投影ユニットを複数組み合わせて従来の通り恒星投影機に組み込むことにより、任意の範囲の星空を点灯させたり、消灯させたりすることができる星空投影システムを構成することができる。

0020

図4は、図1の投影ユニットの単一の光学系を用いて星空を投影する簡易プラネタリウム装置の構成例を説明するための図である。
光源1を出た光が集光レンズ2によりDMD素子3aに集光される。DMD素子3aで反射された光は、DMD素子3aのミラーオン状態の角度のときに、結像レンズ4の方向に反射光が向かう構成となっており、なおかつDMD素子3aと恒星原板6aが共役関係であるから、DMD素子3a上の任意画素3bを反射した光は、光路18に沿って結像レンズ4により、恒星原板6a上の所定位置19に像を結ぶ。このようなDMD素子3aの構造および機能により、DMD素子3aの各画素のオンオフにより恒星原板6a上の任意の範囲(この例では所定位置19の範囲内)にのみ光源の光を導くことができる。

0021

恒星原板6aは、外周に歯車9aを有する円環9に支持されており、回転軸21を中心に回転可能に構成されている。歯車9aはモータ10の出力軸の歯車10aに噛合し、図示しない制御回路の制御の下、モータ10を駆動することにより、モータ10の回転出力は歯車10aを介して円環9に伝達される。恒星原板6aは回転軸21を中心に任意の速度で任意の角度位置にもたらされる。回転軸21は光軸22に対し、投影可能範囲である所定位置19範囲内の、一定の距離ずれた位置に設定されているため、モータ10の回転制御により恒星原板6a上の投影すべき星空が所定位置19に移動して、あたかも星座早見盤のような動きを実現することができる。このような恒星原板6aの回転機構部の構成および制御により投影レンズ7を通じて天井またはドームに投影される星空は日周運動のような移り変わりを実現することができる。
この原理および詳細は特許文献3に記載されている。

0022

上記簡易プラネタリウム装置において例えば特定の星を表示する場合の制御方法について説明する。
恒星原板6a上の特定の恒星の位置は当然既知であるから、特定の恒星の位置と回転角が与えられることにより、当該恒星に相当するDMD素子の位置は、図示しない座標変換回路などの座標変換処理により容易に求めることができる。故に、図5の光学式星空投影機26に内蔵させた画像素子制御回路25に相当する、図4の図示しない画像素子制御回路によって、この範囲のDMD素子のみをオンにすれば、当該恒星を表示しそれ以外の範囲は遮光することができる。

0023

図5は、本発明による投影ユニットとビデオプロジェクタを併用して構成した複合形プラネタリウムの実施の形態を示す図である。
天井方向に向けて設置したビデオプロジェクタ37の映像と、光学式星空投影機26による星空をドームスクリーンもしくは天井で重ね合わせて投影するものである。
ビデオプロジェクタ37は、魚眼レンズ38aが装着されており、映像再生装置32から映像ケーブル23を通じて映像信号が入力され、ドームスクリーンもしくは天井の全域に映像を投影することができる。例えばビデオプロジェクタ37から投影される映像が超高層ビル街の夜空の映像であった場合、ドームスクリーンもしくは天井には図7のような超高層ビル街の夜景の投影画像39がその場で観察するような様子で再現される。

0024

図8は、図7の空の部分だけを抽出した映像であるマスク映像の例を示す図である。
図7の映像に予め処理しておくか、またはリアルタイムで処理を施して、空の部分だけを抽出した映像で、これをマスク映像と呼ぶことにする。図8のマスク映像40の白い部分41は空に相当する透明範囲である。
マスク映像40を形成する処理は映像再生装置32で行われる。
映像再生装置32から出力される映像信号は、映像ケーブル24を通じて光学式星空投影機26内の画像素子制御回路25に入力し、画像素子であるDMD素子3aがこのマスク映像信号に従って、恒星原板上の照明範囲を制御する。

0025

図9は、恒星原板上の照明範囲を説明するための図で、恒星原板上の投影範囲の部分だけに光が照射されている状態を示している。
恒星原板46上の投影範囲47の部分だけ光が当たることになる。従ってこの投影範囲47だけの星が投影され、それ以外の星は投影されないことになる。

0026

図10は、光学式星空投影機とビデオプロジェクタの両者の投影像の位置関係を補正するための映像信号処理の流れを説明するための図である。
光学式星空投影機とビデオプロジェクタの両者からの投影画像の位置関係は、投影レンズの位置の差によりパララックスが生じることになる。しかしながら座標変換により補正することで、光学式星空投影機の投影ユニットから投影される星の位置とビデオプロジェクタ上の座標の相関がとれる関係にする。

0027

映像処理装置32aが出力する映像信号は映像ケーブル23を介してビデオプロジェクタ37に送られると同時に透明部抽出装置32bで透明部分のみを白としたマスク映像信号に変換される。マスク映像信号が視差補正装置32cによって変形修正されて、補正済みマスク映像信号となる。補正済みマスク映像信号はDMD駆動装置26aを介してDMD素子3aを駆動する。従って、ビデオプロジェクタから投影される超高層ビル街などの前景に重ならない空の範囲のみに星を投影することができ、結果的に前景と調和した美しい星空を再現することができる。この実施の形態では視差補正は光学式星空投影機側の映像信号に対して行ったが、ビデオプロジェクタ37に送る映像信号に対して視差補正を行ってももちろんよい。
また、映像再生装置32に透明部抽出装置32bおよび視差補正装置32cを設け、光学式星空投影機26にDMD駆動装置26aを設けた例を示したが、透明部抽出装置32b,視差補正装置32cおよびDMD駆動装置26aは映像再生装置32または光学式星空投影機26に限らず、他の機器や映像再生装置32または光学式星空投影機26に外付で設けることも可能である。
ビデオプロジェクタ37に送る映像信号に視差補正を行う場合には、ビデオプロジェクタ37側に透明部抽出装置32bおよび視差補正装置32cを設けることも可能である。

0028

以上のマスク映像40(図8参照)は、超高層ビル群によって星空が見えない部分と星空が見える部分が明確に別れている場合を想定してマスク映像の透明範囲と超高層ビル群で隠された遮蔽部分境界としているが、例えば、木立が多数存在する林の部分が背景の多くを占め、その中に星空が見える微小面積部分が多数存在し、風などの影響により微小面積部分の位置がずれる場合、多数の微小面積部分にも画像素子制御による恒星のオンオフにより、見えたり、見えなかったりする演出効果をもたらすのは上記マスク映像の作り方では難しい点がある。
そこで、星空と木立が存在する部分の重なりあった部分について、微小面積部分を透明範囲とし、その透明範囲が時系列的に僅かに左右に動くようにして、風の動きを想定してある時間では恒星が存在する部分の星空が見えるように制御することにより、一層リアルな星空を実現できる。

0029

上記演出をもたらすためにはマスク映像の例えば林部分と重なった部分に、微小面積部分を透明範囲とするマスク映像をつくり、さらにその微小面積部分が動いたマスク映像をつくる。木立の画像部分に動きがある、ビデオプロジェクタによる画像が、風の影響によって時系列的に変動することに対応して、それに対応したマスク映像に順次切り換える処理をする透明部抽出装置および視差補正装置を作れば、星空の表現に画像素子で恒星をオンオフ制御する回路ならではの装置を構成することができる。

0030

図11は、ランダムノイズ状の映像をDMD素子に送り入力する映像パターンの一例を示す図である。
このようなランダムノイズで、各画素の輝度ランダムに変化すれば、恒星原板上の星も細かい範囲でランダムに輝度が変動することになる。これにより、個別の星が任意に瞬く効果が得られることになる。加えて瞬きのパターンはディジタル映像で生成されるので、またたきの強度を変えることも自在であり、夜空の天頂付近地平線付近でのまたたきの強度を変えることも可能である。よって、すべての星が自然に瞬く光学式プラネタリウムが実現できることになる。
本発明によれば、任意の範囲をきめ細かく遮光でき、映像と調和した星空を投影できる光学式プラネタリウムを実現できる。

0031

ドームスクリーンや天井などに星空を投影するプラネタリウム装置を構成する星空投影装置,星空投影システムおよび星空投影方法である。

0032

1,11光源
2,12集光レンズ
3aDMD素子
3b 任意画素
4,14結像レンズ
5,15,35コンデンサレンズ
6,6a,16,36,46恒星原板
7,17,34a,38投影レンズ
8 DMD素子の像
9 円環
9a,10a歯車
10モータ
13透過液晶パネル
17投影範囲
18光路
19所定位置
21回転軸
22光軸
23,24,33映像ケーブル
25画像素子制御回路
26光学式星空投影機
32映像再生装置
34,37ビデオプロジェクタ
34b結像補助レンズ
39 ビデオプロジェクタの投影画像
40マスク映像
41 空に相当する透明範囲
42ランダムノイズ状の映像パターン
47 恒星原板上の投影範囲

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