JPS60230682A - プラネタリウム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は天体の投映像を任意の位置にすみやかに移動さ
せることのできるプラネタリウムに関する。

従来技術 従来、プラネタリウムでは、星空が１日に約１回転する
日周運動と、日周運動する星空で独立して運動する太陽
、月、各惑星の年周運動を基本とし、この両運動を地球
上の任意の緯度で再現する投映をおこなうようになって
いた。

このような投映をおこなうために従来のプラネタリウム
は、星空を投映する北天球・南天法と、太陽１月、各惑
星の投映器が設けられる棚部とが一体的に構成されて、
極軸・緯度軸・背極軸のまわりを回転するとともに、棚
部の各投映器を年周運動させるために各投映器を年周駆
動軸から複数のギヤ系列を介して連動駆動するように構
成されていた。このような駆動機構は、例えば、特開昭
５０−８４３２９号、特開昭５１−１１５１２８号に示
されている。

しかしながら、上記の駆動機構は各投映器をギヤ系列で
連動的に動かすため、ある時点の天体を別な時点での位
置に移動させるときはその差の年月だけギヤ系列を回転
させねばならす、非常に時間がかかるものであった。

例えば、第１図においてａｌ、ｂｔの位置にある２つの
天体をａｚ、ｂｚの位置に移動させる場合、同位置の時
点の差だけ夫々の軌道Ａ、Ｂを年周運動させねばならな
い。この年周運動を１０秒／１年でおこなうとしても１
０００年なら約２時間４７分も力）かってしまう。

従って、従来のプラネタリウムは現在の時点から非常に
へだたった時点への移行するような演出は実質上不可能
であった。

目　的 本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、太陽、
月、各惑星の投映像を任意の時点の位置にすみやかに移
動させることのできるプラネタリウムを提供することを
目的とする。

上記目的は、 太陽、月及び複数の惑星の像を投映する各々の投映機を
夫々直交する２軸のまわりに回動駆動して投映像を天球
上で移動させるように構成するとともに、各々の投映機
による投映像を天体軌道式で決まる軌道に沿って移動さ
せる制御モードと、天体軌道式によらず現在位置から目
標位置に直接移動させる制御モードとによって各々の投
映機の駆動を制御することにより達成される。

実施例 本発明のプラネタリウムは、第２図及び第３図に示すよ
うにドーム（１）の中心に配置される恒星投映機（２）
と、その近傍に別個に設けられた太陽、月、各惑星（地
球・水星・金星・火星・木星・土星）の投映機＋３）　
＋３）・・・・・とを備えている。投映機＋３１　＋３
１・・・は投映対象が異なるのみて投映像を移動させる
構成は同一であるから以下惑星等投映機（３１：３１・
◆・ということにする。

第４図及び第５図において、恒星投映機（２）は恒星投
映法００１を３軸のまわりに自在に回転させるようにな
っており、恒星投映法＜１０＋の球面上には、中心部に
収納さｎた１個の恒星投映用の光源（１１）により全天
の恒星をレンズ投映する所要個数の投映レンズユニット
（功と、これらのユニッｌ−（１２＋の間のスペース部
分に配設されて座標標識、星座絵、ブライトスター等を
夫々投映する複数の補助投映ユニッ目１３）が設けられ
ている。各投映レンズユニット（１２１はコンデンサー
レンズ（１２ａ）、恒星原板（１２ｂ）、投映レンズ（
１２ｃ）からなり、複数に分割された全天の所要包括角
度範囲内の恒星を各自受持って投映する。

前記３軸は、恒星投映法（１０）の成る大円に垂直な第
１軸と、球の中心を通り水平な第ｎ軸と、第１゜■軸の
交点を通り垂直な第■軸であり、前記大円外周には第１
軸用ベアリング（１４１及びギヤ（１５）が設けられて
いて、ギヤ（１５１は環状ホルダー（１８１の内部に設
けられた第■軸駆動モータ（Ｍｌ）と第１軸エンコーダ
（Ｅｌ）とに連結されている。恒星投映法（１０）は、
ベアリング（１４）の部分を内輪（１６）と外輪（１η
及び両者を連結するリブ（図示せず）によって形成され
る環状ホルダー（１８１＋こよって保持される一方、こ
の環状ホルダー（１８）及びベアリング（１４）を保持
する水平軸（１ｇ）（１９）を基板■に立役された支持
部材１２１＋　２１１の各ベアリング■）に枢支されて
第ｎ軸のまわりに回動される。

この回動は支持部材ｆ２１１に固設された第ｎ軸駆動モ
ータ（Ｍ２）が水平軸（１９）のギヤ（２３）に噛合す
ることによりおこなわれ、同様にして設けられた第ｎ軸
エンコーダ（Ｅ２）が第ｎ軸のまわりの回転を検出する
。基板（２０）は、その中央部の垂直軸□□□をベアリ
ング（２５）に枢支さｎ、垂直軸（財）のギヤ部（２４
ａ）には第■軸駆動モータ（Ｍ３）と第１軸エンコーダ
（Ｅ３）が連結さｎている。

光源（１１）及び各補助投映ユニッ）　、＋１３）の各
自に設けらｒした光源（支））への給電は、環状ホルダ
ー（１８）の両面に配設されたスリップリング鰭とこれ
らに摺接するブラシ例及び水平軸（１９）の周面に配設
されたスリップリング−）とこれらに摺接するブラシ印
）を介しておこなわれる。尚、垂直軸に対しても同様の
スリップリングとブラシが設けられている。

以上のような恒星投映法（１０）によって星空の恒星等
を投映する訳であるが、少ｒ、（くとも光源（１１）は
継続して点灯さｒＬるので投映上の水平線より下方に向
う投映光をカットするために恒星投映法Ｕ■をとりまく
特殊構造の環状シャッタ（図示せず）が設けられている
。

第６図は惑星等投映機（３１（３１・・・の構成を示し
ており、投映器（３１）は水平面内で直交する２軸のま
わりに回動自在に構成されている。即ち、図示しない支
持部材上に設けられたコロ□□□（３２１に支持されて
円弧部打印）が水平面内の■軸のまわりに回動自在とさ
れ、支持部材に取付けられたモータ（Ｍ４）によって回
動される一方、円弧部材（３３）の直径方向に突出する
軸（至）に投映器（３１）が固定され、この軸（財）を
軸受（３５）　（３５１で回動可能に保持するとともに
、円弧部材＋３３）　ｌこ固定されたモータ（Ｍ５）に
よって軸（３４）を回動することにより、水平面内で■
軸と直交する■軸のまわりに回動自在とし、両回動によ
って投映器ｌ３１）を任意の方向に向けるように構成さ
れている。

一般ｌこ２軸合成運動においては連続的な移動弁が出来
すい特異点が存在し、その点においては一方の軸のまわ
りの回動が終了テるまで他方の軸の回動をおこなうこと
ができない。しかし、前記惑星等投映機（３１（３１・
・・ではこの特異点に相当する位置が投映上の水平線よ
り下方の投映範囲外になるように配置することによって
、投映像の移動は実質的に連続しておこなえるようにし
ている。

以上説明した恒星投映機（２）は３軸合成運動にて、ま
た、惑星等投映機＋３＋　（３）・・・は２軸合成運動
ｌこよって駆動され、任意の方向に像を投映することが
できる。そしてこれら各投映機を各個独立に制御するこ
とで種々の演出効果をあげることができる。

このような恒星投映機（２）、惑星等投映機（３１（３
１・・・及びその他の機器やランプ等は第７図にブロッ
ク図で示す構成によって制御される。第７図において、
コンピュータＣは各惑星の天体軌道式等の制御に必要な
データや演出をおこなうためのプログラムをメモリする
メモリ装置を内蔵しており、プログラム入力するための
キーボードＫＢ及び手動制御のための入力をおこなうコ
ンソールＣＮが接続されており、プログラムがスタート
するとプログラムに従って各種機器を制御する指令を出
力する。コンピュータＣからの出力はパスラインＢＬに
よって運ばれ、このパスラインＢＩ、には、各種ランプ
ＬＯ・・・ｌ、ｎが制御部Ｃｏｏ・・・Ｃｏｎ　、パワ
一部Ｐｏｏ・・・Ｐｏｎを介して接続され、恒星投映機
（２）のモータＭｌ、　Ｍ２．　Ｍ３が制御部Ｃ＋ｏ、
　Ｃ＋＋、　Ｃ１２゜パワ一部Ｐ１ｏ、　ｐＨ，ＰＩ２
を介して接続され、さらに惑星等投映機（３）　；３）
・・・の各Ｉ軸、■軸に対するモータＭ４ｏ・・・・７
Ｍ５０・・・・７が制御部Ｃ２００゜Ｃ２０１，Ｃ２１
０，Ｃ２１１−ｍ＊−Ｃ２７０，Ｃ２７１及びパワ一部
Ｐ２Ｏ０，Ｐ２Ｏ１，Ｐ２１０．　Ｐｚｓｓ　−噂ｍｍ
　Ｐ２７０．　Ｐ２７１　を介して接続される。また、
各モーターに対して夫々設けられるエンコータＥ１．　
Ｅ２．　Ｅ３．　Ｅ４ｏ・・・７・・・Ｅ５ｏ・・・７
の検出信号は夫々の制御部にフィードバックされる。

各モータへの制御出力はコンピュータＣで微小単位時間
毎に演算され、微小単位時間でのモータ軸の角度変位量
としてパスラインＢＩ、から送らゎる。各制御部はこの
データを受けて各モータを駆動するように制御するとと
もに各エンコーダからのフィードバック信号にもとすい
てデータが示す角度にモータを正しく回転させる。

以上の構成によっておこなわれる演出は、恒星について
は日周運動と、才差運動及び緯度変化である。一方、惑
星等の運動は年周運動であるが、どのような動きをする
視点位置から見るかによって制御の仕方は以下に示す３
つのモードに分れ、また、惑星の動きを再現する場合と
惑星の動きを無視して視点位置或いは時刻の変更をすみ
やかにおこなう場合の惑星の動かし方で２つのモードに
分ｎる。

まず、視点位置の動き方による３つのモードを説明する
。

モードＪ：このモードは太陽、月、６惑星（水星、金星
、地球、火星、木星、土星）及び ハレー尊星のいずれかを視点位置とし、こｎらの天体（
以下Ｊ天体という）の １つから見た他のＪ天体の動きを再現 するモードである。Ｊ天体は基本的に ケプラーの法則に従って天空上を移動 するものであり、夫々のＪ天体のある 時刻における天球上での位置（投映面 であるドーム上に仮想された位置）は 夫々の天体軌道式に従って決めること ができる。このモードはさらに時刻の 変更をおこなうことができる。後述す る他のモードにおいても未来又は太古 の演出をおこなうこともできるが、そ のような未来又は太古に時刻を変更す る処理はこのモードでおこなわれる。

モードＰ：このモードは特定の軌道に沿って移動する移
動体Ｐから見た他の惑星等の動 きを再現するモードであり、ある惑星 から他の惑星に人工天体が移動すると きの夫々の惑星の動きを再現するもの である。例えば、地球を打上げられた 火星探査船、パイオニアが火星に向って飛行する際の火
星及び他の惑星の動き を知ることができる。このような人工 天体の軌道は出発惑星と到着惑星及び 到着希望時刻（時刻は全てユリウス日 とする）によって決定される。尚、出 在 発時刻は現←時刻である。

モードＬ：このモードは現在の視点位置から任意の方向
・任意の速度で等速直線運動す る移動体りから見た惑星の動きを再現 するモードで、例えば、黄道面におけ る太陽からの法線に沿って太陽系に接 近する場合の各惑星の動きを再現する ことができる。

次ニ、惑星等の動かし方についての２弓のモードについ
て説明する。

トレースモード：前記３モードにおいて、惑星等の動き
は視点位置の運動と惑星等の天体軌道 式の相対関係で決まる。プラネタリウ ムではこのようにして決められた惑星 等の動きを恒星投映機を固定の視点位 置として再現する訳であるが、この実 際の惑星等の動きを再現するモードを トレースモードという。このモードで は微小単位時間あたりに投映像が天球 上で移動する距離を計算間隔として日 数に換算して設定し、投映像が現在時 刻の位置から現在時剣士計算間隔の位 置まで移動するに必要な投映機の２軸 の変位角度を微小単位時間毎に計算し て出力する。＄８図において、惑星等 が天球上て軌跡Ａを通って現在時刻の 位置ａｏから目標時刻の位置ａｎまで移動する際、ａ、
）、ａ、−・・・−ａｎと微小単位時間毎に次に移動す
べき位置を計算 でめ、これによって実際に見える惑 星等の動きを再現する訳である。

タイ・ｉモード：視屯位置を移動させる場合、或いは現
在時刻を変更する場合、目標となる天 球上の位置に投映像か到達すればよく 途中の惑星の動きは不要ｒｓケースがある。例えば、西
暦元年の星空を再現す る場合現在から西暦元年までの２０００年弱の間の惑星
の動きを再現する必要 はない。このような場合現在位置と目 標位置を結ぶ最短経路を通って惑星等 を移動させるよう投映機を制御する。

このように惑星等の実際の動きと無関 係にすみやかに目標位置【こ移動させるモードをクイッ
クモードと言う。第８ 図では、現在位置ａｏから目標位置ａＨまでの距離を短
縮した経路Ａ′を通ることになる。クイックモードは前
記モード ＪとモードＬｉこおいて用いら２１．る。

以上の各モードを第９図に示す計算フローのサブルーチ
ンを用いて説明する。このフローチャーの出力を計算す
るものである。コンピュータＣはあらかじめ組まれたプ
ログラムに従って制御命令を出力し、このプログラム中
に後述する種々の制御データが含まれている。また、こ
のフローチャー２こおいて参照される現在の視点位置及
び現在逐 時刻はコンピュータＣが寺次更新して記憶しているもの
とし、また、時刻データは全てユリウス日である。

フローチャートのステップ■ては、恒星投映機を駆動す
る命令かそれとも惑星等投映機を駆動する命令かの判断
をおこなう。ＳＢはスターボール、即ち、恒星投映球を
示し、この判断がＹＥＳの場合はＳＢ運動命令に含まれ
る日周運動か才差運動か緯度変化かの命令及び計算時間
間隔（計算の微小単位時間にどの程度の演出時間間隔を
対応させるかを示す）のデータにもとすいて、ステップ
■て恒星投映球の３軸の回転角を計算し、ステップ■て
これを出力する。そして、ステップ■では恒星投映機の
各軸が回転した時刻での各惑星の位置に惑星等投映機が
向（ように２軸の回転角を計算し、ステップ■でこれを
出力し、メインのルーチンにリターンする。

ステップ■でＳＢ運動命令でない場合は惑星等の年周運
動命令であるので、この命令に含まれるモードＪ、Ｐ、
Ｌをステップ■、■で判別する。

モードＪの場合、ステップ■、■、■、０で、あらかじ
めプログラムされている　選択された天体Ｊのコード、
演出を開始する希望時刻、演出を終了する希望時刻及び
年周運動を演出する際の計算間隔（日数α）をメモリか
ら読込み、ステップ＠でクイックモードかトレースモー
ドかの判断をおこなう。クイックかトレースかのデータ
は、例えば、モードＪを示すデータ中の１ビツトに含ま
せることができる。クイックモードの場合はステップ■
で読込まれた開始希望時刻を目標時刻に設定する。そし
て、ステップ０て目標時刻における各惑星（天体Ｊ）及
び移動体Ｐ、Ｌの一位置を計算し、ステップ［相］で指
定された視点位置（モードＪの場合は指定された天体Ｊ
）から見た各惑星の位置をステップ０の計算結果にもと
すいて計算する。次に、惑星等投映機が恒星投映機より
ずれた位置に配置されるので、その投映位置の差による
バララックス補正計算をステップ＠でおこない、ステッ
プ■で各惑星等投映機に出力する。この出力も前記ステ
ップ■■と同様、投映機を目標に向けるための２軸の変
位角度として出力される。次いでステップ［相］で現在
時刻が開始希望時刻かどうかの判断をおこなう。クイッ
クモードでは現在時刻から一挙に開始希望時刻に移行す
るのでステップ＠の判断はＹＥＳであり、メインルーチ
ン多こ戻る。

このようにしてモードＪをクイックモードで使うことに
より視点位置を希望するＪ天体に移すかもしくは、演出
を開始する時刻を任意に設定することができる。

次に、モードＪをトレースモードで使う場合は前記と同
様にステップ■■■■＠０と移り、ステップ＠でトレー
スモードとして、現在時刻にステップ０で読込まれた計
算間隔を加算したものを目標時刻として設定する（ステ
ップ［相］）。そして、目標時刻における投映像の位置
をステップ０〜Ｏで計算し、ステップ◎で出力する。次
いで、ステップ［相］で現在時刻がステップ［相］で読
込まれた演出を−終了する希望時刻かどうか判断し、Ｎ
Ｏの場合ステップ＠に戻ってステップ＠〜［相］を繰返
す。これによって、第８図に軌跡Ａに沿った計算間隔毎
の再現をおこなう。

次にモードＰを説明するに、このモードに入ると、ステ
ップ［相］Ｏ＠で出発惑星コード、到着惑星コード、到
着希望時刻及び計算間隔αをメモリから読込み、ステッ
プＯで移動体Ｐの軌道を計算する。次いでステップ＠に
移るが、この実施例ではモードＰはトレースモードのみ
に用いるようにされるのでステップ０からステップ＠に
移る。尚、現在の視点位置が出発惑星と異なる場合は、
クイックモードのモードＪで現在の視点位置を出発惑星
に一致させる処理をおこなうが、この処理はフローチャ
ートから省略さｎている。

フローに戻って、ステップ［相］では、ステップＯで読
込まれた計算間隔αを現在時刻に加算して目標時刻とし
、ステップ＠でこの目標時刻における移動体Ｐ及び惑星
等の位置を計俸する。そして、ステップ◎で惑星等の位
置を移動体Ｐを視点位置とした位置に補正する計算をお
こない、ステップ■で惑星等投映！幾の設置位置による
バララックス補正計算をおこない、ステップ＠て出力す
る。そして、現在時刻と希望時刻が一致するまでステッ
プ◎〜■を繰り返す。

このようにして、ある惑星から別の惑星に特定の軌道を
通って移動する移動体から見た惑星の動きを再現するこ
とができる。

続いてモードＬを説明する。このモードはクイックモー
ド又はトレースモードで使用され、クイックモードのと
きは天空上の任意の位置に視点を移動させる際に用いる
。例えば、地球の公転軌道面から垂直に−天文単位離れ
た位置に視点を移動させ、この位置から太陽系をながめ
るといった演出の際の視点位置の移動に用いるのである
。

フローチャートにおいて、ステップ［相］［相］［有］
Ｏで、等遠謀線運動をする移動体りの進む方向（この方
向は視点の方向でもある。）と、移動体りの速度と、移
動する期間と、計算間隔αとをメモリから読込む。次に
ステップ［相］で現在時刻に期間を加えて希望時刻とす
る。この希望時刻はクイックモードの場合ステップ＠で
目標時刻とされる。一方、トレースモードの場合はステ
ップ［相］で、現在時刻に計算間隔αを加えたものが目
標時刻とされる。

従って、クイックモードでは一挙に期間の終了時点での
位置計算かおこなわれ（ステップ＠＠＠）、出力すｒＬ
る（ステップ０）。一方、トレースモードでは計算間隔
α毎の計算がおこｒ、Ｈわれ、出力される（ステップ■
〜０）。そして、これを期間の終了まで継続する（ステ
ップ［相］〜［相］）。

このように、クイックモードでのモードＬは、天空の任
意の位置に視点位置を動かすことができ、トレースモー
ドでのモードＬは、任意の方向・速度で等遠謀線運動を
続ける移動体りからの惑星等の動きを再現することがで
きる。向、このトレースモードでのモードＬは天空の１
点で停止した状態で惑星等の動きを再現することもでき
る。この「 ときは速度、をＯＩこ設定すればよい。

地球の公転軌道と垂直な方向に地球から１天文単位離れ
た位置に視点を移し、この地点から太陽の方向に視点方
向を転じて太陽系をＰがめ、その後、太陽に向って等速
連動する場合を例にとると、まずクイックモードで地球
から１天文単位離れた位置に移動する。このときの移動
距離は速度と期間の設定で決まるから、例えば「速度」
を１天文単位／１日とし、「期間」を１日とすればよい
。

移動が終了した時点ては視点方向は外宇宙に向いている
ので、視点方向を太陽に向け、その位置て停止して太陽
系を観測する処理をトレースモードで設定する。この設
定は、「方向」は太陽方向、「速Ｉｆ　Ｊは０であり、
観測期間が１年でこｎを１０分に短縮して再幌するとし
計算の単位時間を１ｍｓ　ｅｃ　、とすｎば、１期間」
は３６５日、「計算間隔」は０．８７６分である。この
ときドームには、第１０図Ａのように、主として内惑星
が各軌道上を移動する様子が再現される。次に、太陽に
向って等遠謀線運動しながらの惑星の動きをトレースモ
ードで再現すると、第１０図Ｂのように各惑星は太陽か
・ち離れる方向に移動する様子がわかる。

以上説明した実施例は１例にすきず、要は、惑星等の実
際の動きにとられｎＰい動きのモードを演出処理中に取
り入れることにより、従来不可能であ・った演出をおこ
なったり、ある演出つ）ら別の演出′＼の移行をすみゃ
力筒こおこなうことであり、本発明にのっとって種々の
改変が可能である。

効　果 （−のように本発明は、太陽、月及び複数の惑星の像を
投映する各々の投映機を夫々直交する２軸のまわりに回
動駆動して投映像を天球上で移動させるように構成する
ととも昏こ、各々の投映機による投映像を天体軌道式で
決まる軌道に沿って移動させる制御モードと、天体軌道
式によらず現在位置から目標位置に直接移動させる制御
モードとによって各々の投映機の駆動を制御するプラネ
タリウムであるので、従来のギヤ運動式のプラネタリウ
ムては不可能であった遠い未東や太古の惑星の動きの再
現や任意の視点位置・＼のすみゃがなる移行とい−った
種々の演出を可能とするものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のプラネタリウムにおける惑星の動きを説
明する模式図、＄２図１才本発明のプラネタリウムのド
ーム構成を示す模式断面図、第３図は本発明プラネタリ
ウムの恒星投映機及び惑星等投映ｉ幾の配置を示す斜視
図、第４図は本発明プラネタリウムの恒星投映機の斜視
図、７５図は同断面図、第６図は本発明プラネタリウム
の惑星等投映機を示す斜視図、第７図は本発明プラネタ
リウムの制御構成を示すブロック図、第８図はクィソク
モードとトレースモードを説明する模式図、第９図は本
発明プラネタリウムの制御の要部を説明するフローチャ
ート、第１０図Ａ、Ｂは演出の一例−を説明する模式図
。 １・・・ドーム ２・・恒星投映機 ３・・・惑星等投映機 Ｃ・・コンピュータ Ｍｌ、　Ｍ２．　Ｍ３・　恒星投映機の３軸Ｉ、ＩＩ、
Ｉｌｌ駆動用モーター Ｍ４．Ｍ５・・・惑星等投映機の２軸１　、、１１駆動
用モーター 出願人　ミノルタカメラ株式会社 第ろ図 第３図 第７図 第１０図Ａ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、太陽、月及び複数の惑星の像を投映する各々の投映
   機を夫々直交する２軸のまわりに回動駆動して投映像を
   天球上で移動させるように構成するとともに、各々の投
   映機による投映像を天体軌道式で決まる軌道に沿って移
   動させる制御モードと、天体軌道式によらず現在位置か
   ら目標位置に直接移動させる制御モードとによって各々
   の投映機の駆動を制御することを特徴とするプラネタリ
   ウム。