デジタル式プラネタリウム装置
【課題】投映方式が単眼式であっても高解像度であり、ビデオプロジェクタで生成される画像領域を増やして画像表示面を有効活用できるデジタル式プラネタリウム装置を提供する。
【解決手段】プラネタリウム装置は、２台のビデオプロジェクタＰＡ，ＰＢ、リレーレンズＲＡ，ＲＢ、魚眼レンズＧＬを有する。ビデオプロジェクタＰＡ，ＰＢはそれぞれの内部の表示素子ＤＡ，ＤＢに半円像ＩＡ，ＩＢを生成し、リレーレンズＲＡ，ＲＢは２つの半円像ＩＡ，ＩＢを光学的に結像させて円像ＩＭを生成し、魚眼レンズＧＬは円像ＩＭをドームスクリーン１上に投射する。
【解決手段】プラネタリウム装置は、２台のビデオプロジェクタＰＡ，ＰＢ、リレーレンズＲＡ，ＲＢ、魚眼レンズＧＬを有する。ビデオプロジェクタＰＡ，ＰＢはそれぞれの内部の表示素子ＤＡ，ＤＢに半円像ＩＡ，ＩＢを生成し、リレーレンズＲＡ，ＲＢは２つの半円像ＩＡ，ＩＢを光学的に結像させて円像ＩＭを生成し、魚眼レンズＧＬは円像ＩＭをドームスクリーン１上に投射する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はデジタル式プラネタリウム装置に関するものであり、例えば、ドームスクリーンにビデオプロジェクタの映像を投映するデジタル式プラネタリウム装置に関するものである。また、多目的(アミューズメント等)な映像装置としての応用が可能で、ドームスクリーンに対し広範囲に映像を投映するドーム映像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
世界中でデジタル式プラネタリウムが徐々に普及し始めており、光学式プラネタリウム全盛の時代からデジタル式プラネタリウムの時代へと移行しつつある。デジタル式プラネタリウムでは、地球上で見られる星空や宇宙空間で見られる様子を再現することは勿論のこと、各天体の上空から見た地表の様子等も再現できるようになってきている。またデジタル式プラネタリウムには、ＤＬＰ(登録商標)方式，Ｄ−ＩＬＡ(登録商標)方式又は液晶方式のビデオプロジェクタが一般的に採用され、そのアスペクト比も従来は４：３が一般的であったが、ハイビジョン化に伴って１６：９のものが普及しつつある。
【０００３】
デジタル式プラネタリウムの投映方式は、分割投映方式と単眼投映方式とに大別される。分割投映方式のデジタル式プラネタリウムは、ドーム周辺に配置された複数(例えば６台)のビデオプロジェクタを用いて表示素子の画像を投映し、画像を繋ぎ合わせてドーム全天を覆う映像を生成するものである(例えば、特許文献１，２参照。)。これにより没入感及び臨場感のある星空等の全天映像を上映することができる。一方、単眼投映方式のデジタル式プラネタリウムは、１台のビデオプロジェクタをドーム中心に配置し、それに装着した魚眼レンズで映像を拡大してドーム全天に投映するものであり(例えば、特許文献１参照。)、その優れたメンテナンス性により普及しつつある。
【特許文献１】特開２００４−３６１８８０号公報
【特許文献２】特開２００５−３１２７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
分割投映方式のデジタル式プラネタリウムでは、複数のビデオプロジェクタを用いて映像を構成するため、個々のビデオプロジェクタの輝度調整が困難である。また、経時変化等が原因となって輝度等が狂ってしまうと、ドーム上に映像の切れ目が顕著に発生してしまい、観客にとって非常に見苦しいものとなる。それを調整することも非常に困難である。一方、単眼投映方式のデジタル式プラネタリウム装置では、こういった問題は生じない。しかし、１台のビデオプロジェクタに対し１台の魚眼レンズでドーム全天を覆う映像を投映する構成であるため、高解像度化は困難である。さらに、デジタル式プラネタリウムで生成される画像領域が円形であるため、画像表示面のアスペクト比が１６：９に近い最近のビデオプロジェクタでは、短辺方向の画素で画像領域が決定されてしまう。その結果、非画像領域が多くなるため、投映効率が悪いという問題もある。
【０００５】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、投映方式が単眼式であっても高解像度であり、ビデオプロジェクタで生成される画像領域を増やして画像表示面を有効活用できるデジタル式プラネタリウム装置とドーム映像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、第１の発明のデジタル式プラネタリウム装置は、２台のビデオプロジェクタから成りそれぞれの内部の表示素子に半円像を生成する原像生成手段と、前記原像生成手段で生成された２つの半円像を光学的に結像させて円像を生成する中間像生成手段と、前記中間像生成手段により生成された円像を投射する魚眼レンズと、を有することを特徴とする。
【０００７】
第１の発明の構成によると、原像生成手段において例えばアスペクト比＝１６：９のビデオプロジェクタ２台のそれぞれで半円像が生成され、その２つの半円像が中間像生成手段による光学的な結像により円像として合成される。その円像は、例えば、等距離射影方式を採用した魚眼レンズにより、ドーム全天に適した映像に変換されてドームスクリーン上に投射される。魚眼レンズの射影方式としては、立体角射影や等立体角射影等の他の射影方式でも映像の変換により採用可能である。２台のビデオプロジェクタを使用する構成であるため、高解像度化が可能となり、それぞれの表示素子に半円像が生成されるため、使用するビデオプロジェクタのアスペクト比が１６：９であっても非投映領域は低減される。また、一方のビデオプロジェクタの輝度を基準にして他方のビデオプロジェクタの輝度を合わせ込むことができるので、輝度調整を容易に行うことができる。
【０００８】
第２の発明のデジタル式プラネタリウム装置は、上記第１の発明において、前記中間像生成手段が、一方のビデオプロジェクタ内部の表示素子で生成された半円像を光学的に結像させる第１のリレーレンズと、他方のビデオプロジェクタ内部の表示素子で生成された半円像を光学的に結像させる第２のリレーレンズと、を含み、各リレーレンズの光軸が各表示素子の中心からシフトしていることを特徴とする。
【０００９】
第２の発明の構成によると、第１，第２のリレーレンズにおいて各光軸の片側に偏った部分を用いた結像が行われる。これにより、第１，第２のリレーレンズの設計・配置の自由度が向上するため、デジタル式プラネタリウム装置のコンパクト化が可能になる。
【００１０】
第３の発明のデジタル式プラネタリウム装置は、上記第２の発明において、前記第１，第２のリレーレンズの光軸と前記魚眼レンズの光軸とが一致していることを特徴とする。
【００１１】
第３の発明の構成によると、第１，第２のリレーレンズと魚眼レンズとの間で、歪曲収差，倍率色収差，像面湾曲を補間する設計が可能となり、高画質化の達成に寄与することができる。
【００１２】
第４の発明のデジタル式プラネタリウム装置は、上記第１の発明において、前記中間像生成手段が、一方のビデオプロジェクタ内部の表示素子で生成された半円像を光学的に結像させる第１のリレーレンズと、他方のビデオプロジェクタ内部の表示素子で生成された半円像を光学的に結像させる第２のリレーレンズと、を含み、各リレーレンズの光軸と各表示素子の中心とが一致していることを特徴とする。
【００１３】
第４の発明の構成によると、各リレーレンズの光軸と各表示素子の中心とが一致しているため、そのシンプルな構成により安価な設計が可能となる。
【００１４】
第５の発明のデジタル式プラネタリウム装置は、上記第４の発明において、前記中間像生成手段が、第１のリレーレンズにより形成される半円像と第２のリレーレンズにより形成される半円像とが平面状に合成されるように、それぞれのビデオプロジェクタ内部の表示素子を各リレーレンズの光軸に対し傾斜させることを特徴とする。
【００１５】
第５の発明の構成によると、ビデオプロジェクタ内部の表示素子が各リレーレンズの光軸に対し傾斜しているため、円像を平面状に形成することにより、画質を向上させることが可能となる。
【００１６】
第６の発明のデジタル式プラネタリウム装置は、上記第２〜第５のいずれか１つの発明において、前記中間像生成手段が、前記第１，第２のリレーレンズによる半円像の結像位置又はその近傍にフィールドレンズ，ミラー又はプリズムを有することを特徴とする。
【００１７】
第６の発明の構成によると、フィールドレンズ，ミラー又はプリズムにより、第１，第２のリレーレンズと魚眼レンズとの光線角度のマッチング等が可能となる。
【００１８】
第７の発明のデジタル式プラネタリウム装置は、上記第１〜第６のいずれか１つの発明において、前記魚眼レンズが円像側に略テレセントリックであることを特徴とする。
【００１９】
第７の発明の構成によると、魚眼レンズの円像側への略テレセントリック性により、画像をきれいに繋げて明るさ効率を良くすることが可能となる。
【００２０】
第８の発明のデジタル式プラネタリウム装置は、上記第１〜第７のいずれか１つの発明において、前記第１，第２のリレーレンズが中間像側に略テレセントリックであることを特徴とする。
【００２１】
第８の発明の構成によると、第１，第２のリレーレンズの中間像側への略テレセントリック性により、画像をきれいに繋げて明るさ効率を良くすることが可能となる。また、第１，第２のリレーレンズは両側に略テレセントリックであることが更に好ましい。
【００２２】
第９の発明のデジタル式プラネタリウム装置は、２台のビデオプロジェクタから成りそれぞれの内部の表示素子に半円像を生成する原像生成手段と、拡大側から順に前レンズ群及び後レンズ群から成り前記原像生成手段で生成された２つの半円像を投射する魚眼レンズと、前記２つの半円像が１つの円像として繋ぎ合わされて結像するように、前記前レンズ群と後レンズ群との間で前記２つの半円像の光路を合成する画像合成手段と、を有することを特徴とする。
【００２３】
第９の発明の構成によると、原像生成手段において例えばアスペクト比＝１６：９のビデオプロジェクタ２台のそれぞれで半円像が生成され、その２つの半円像が魚眼レンズにより投射される。魚眼レンズを構成する前レンズ群と後レンズ群との間では、画像合成手段により２つの半円像の光路が合成され、それによって２つの半円像が１つの円像として繋ぎ合わされて結像する。その際、円像を構成する各半円像は、例えば、等距離射影方式を採用した魚眼レンズにより、ドーム全天に適した映像に変換されてドームスクリーン上に投射される。魚眼レンズの射影方式としては、立体角射影や等立体角射影等の他の射影方式でも映像の変換により採用可能である。２台のビデオプロジェクタを使用する構成であるため、高解像度化が可能となり、それぞれの表示素子に半円像が生成されるため、使用するビデオプロジェクタのアスペクト比が１６：９であっても非投映領域は低減される。また、一方のビデオプロジェクタの輝度を基準にして他方のビデオプロジェクタの輝度を合わせ込むことができるので、輝度調整を容易に行うことができる。
【００２４】
第１０の発明のデジタル式プラネタリウム装置は、上記第９の発明において、前記画像合成手段が偏光ビームスプリッターであり、前記後レンズ群が一方のビデオプロジェクタ側に位置する第１の後レンズ群と他方のビデオプロジェクタ側に位置する第２の後レンズ群とから成り、第１の後レンズ群からＰ偏光が射出するように一方のビデオプロジェクタからの光をＰ偏光に統一する第１の偏光変換素子と、第２の後レンズ群からＳ偏光が射出するように他方のビデオプロジェクタからの光をＳ偏光に統一する第２の偏光変換素子と、を更に有することを特徴とする。
【００２５】
第１０の発明の構成によると、偏光ビームスプリッターの偏光分離特性を利用した２つの半円像の光路合成により、２つの半円像を１つの円像として効率的に繋ぎ合わせることが可能となる。
【００２６】
第１１の発明のドーム映像装置は、２台のビデオプロジェクタから成りそれぞれの内部の表示素子に半円像を生成する原像生成手段と、前記原像生成手段で生成された２つの半円像を光学的に結像させて円像を生成する中間像生成手段と、前記中間像生成手段により生成された円像をドームスクリーンに投射する魚眼レンズと、を有することを特徴とする。
【００２７】
第１１の発明の構成によると、原像生成手段において例えばアスペクト比＝１６：９のビデオプロジェクタ２台のそれぞれで半円像が生成され、その２つの半円像が中間像生成手段による光学的な結像により円像として合成される。その円像は、例えば、等距離射影方式を採用した魚眼レンズにより、ドーム全天に適した映像に変換されてドームスクリーン上に投射される。魚眼レンズの射影方式としては、立体角射影や等立体角射影等の他の射影方式でも映像の変換により採用可能である。２台のビデオプロジェクタを使用する構成であるため、高解像度化が可能となり、それぞれの表示素子に半円像が生成されるため、使用するビデオプロジェクタのアスペクト比が１６：９であっても非投映領域は低減される。また、一方のビデオプロジェクタの輝度を基準にして他方のビデオプロジェクタの輝度を合わせ込むことができるので、輝度調整を容易に行うことができる。
【００２８】
第１２の発明のドーム映像装置は、２台のビデオプロジェクタから成りそれぞれの内部の表示素子に半円像を生成する原像生成手段と、拡大側から順に前レンズ群及び後レンズ群から成り前記原像生成手段で生成された２つの半円像をドームスクリーンに投射する魚眼レンズと、前記２つの半円像が１つの円像として繋ぎ合わされて結像するように、前記前レンズ群と後レンズ群との間で前記２つの半円像の光路を合成する画像合成手段と、を有することを特徴とする。
【００２９】
第１２の発明の構成によると、原像生成手段において例えばアスペクト比＝１６：９のビデオプロジェクタ２台のそれぞれで半円像が生成され、その２つの半円像が魚眼レンズにより投射される。魚眼レンズを構成する前レンズ群と後レンズ群との間では、画像合成手段により２つの半円像の光路が合成され、それによって２つの半円像が１つの円像として繋ぎ合わされて結像する。その際、円像を構成する各半円像は、例えば、等距離射影方式を採用した魚眼レンズにより、ドーム全天に適した映像に変換されてドームスクリーン上に投射される。魚眼レンズの射影方式としては、立体角射影や等立体角射影等の他の射影方式でも映像の変換により採用可能である。２台のビデオプロジェクタを使用する構成であるため、高解像度化が可能となり、それぞれの表示素子に半円像が生成されるため、使用するビデオプロジェクタのアスペクト比が１６：９であっても非投映領域は低減される。また、一方のビデオプロジェクタの輝度を基準にして他方のビデオプロジェクタの輝度を合わせ込むことができるので、輝度調整を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００３０】
第１又は第１１の発明によれば、原像生成手段を構成する２台のビデオプロジェクタで２つの半円像を生成し、中間像生成手段で２つの半円像を光学的に結像させて円像を生成し、魚眼レンズで円像を投射する構成になっているため、投映方式が単眼式であっても高解像度であり、ビデオプロジェクタで生成される画像領域を増やして画像表示面(例えば、アスペクト比＝１６：９)を有効活用できるデジタル式プラネタリウム装置とドーム映像装置を実現することができる。また、第９又は第１２の発明によれば、原像生成手段を構成する２台のビデオプロジェクタで２つの半円像を生成し、その２つの半円像が１つの円像として繋ぎ合わされて結像するように、画像合成手段で光路を合成して魚眼レンズで投射する構成になっているため、投映方式が単眼式であっても高解像度であり、ビデオプロジェクタで生成される画像領域を増やして画像表示面(例えば、アスペクト比＝１６：９)を有効活用できるデジタル式プラネタリウム装置とドーム映像装置を実現することができる。第１〜第１２のいずれの発明によっても、魚眼レンズが１個で済むため、低コスト化を達成することができる。さらには、第１又は第１１の発明では中間像前までの光学系とそれ以降の魚眼レンズを構成する光学系とを個別化することができ、第９又は第１２の発明では前レンズ群と後レンズ群とを個別化することができるので、ビデオプロジェクタの種類が互いに異なっても柔軟な設計変更が可能であり、更なるコスト低減が可能である。
【００３１】
従来の分割投映方式のデジタル式プラネタリウムでは、通常６台のビデオプロジェクタが使用されるため、１台のビデオプロジェクタを基準にして５台のビデオプロジェクタを調整する必要がある。その調整作業は煩雑であり、基準となる１台を決めることも困難である。それに対し、本発明によれば２台のビデオプロジェクタについてのみ調整を行えば済む。つまり、一方のビデオプロジェクタの輝度や映像を基準にして、他方のビデオプロジェクタを調整するだけでよい。なお、１台のビデオプロジェクタを使用する単眼式のデジタル式プラネタリウム装置では、ビデオプロジェクタ間の調整は全く不要であるが、高解像度化を達成することは困難である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明に係るデジタル式プラネタリウム装置の実施の形態等を、図面を参照しつつ説明する。なお、各実施の形態等の相互で同一の部分や相当する部分には同一の符号を付して重複説明を適宜省略する。
【００３３】
図１に、各実施の形態の装置が適用されるプラネタリウム設備全体の概略構成を示す。デジタル式プラネタリウムは、図１に示すように、半球状のドームスクリーン１と、その中央下に設置されたデジタル式プラネタリウム装置１０と、で構成される。デジタル式プラネタリウム装置１０は、再生部２，投映部３，魚眼レンズ部４，操作部５，スピーカ６等を備えている。再生部２はドームスクリーン１上に投映するビデオ映像やプラネタリウム施設内に放送する音声等の再生等を行い、投映部３は再生部２からの信号を用いてビデオ映像を構成し、それを魚眼レンズ部４がドームスクリーン１の全天周に投映する。操作部５は、操作パネル５ａ(図２)を通じて操作者が実演中又は実演前に映像内容の設定を行うためのものであり、例えば、タッチパネルに表示された複数のボタンで操作者が種々の機能を選択することが可能になっている。選択可能な機能としては、例えば、星座絵，星座線，極座標線等のいわゆる解説補助機能の他，恒星の固有運動や擬似宇宙飛行等のシミュレーション機能が挙げられる。
【００３４】
図２に、デジタル式プラネタリウム装置１０の制御構成をブロック図で示す。再生部２には処理部２０が内蔵されており、処理部２０は、演算処理部２１，データ格納部２２，映像生成部２３及び音声生成部２４を有している。また操作部５は、操作パネル(タッチパネル)５ａと、処理部２０と交信するためのマシンＩＦ部５ｂと、を有している。演算処理部２１は、種々の演算処理を行うとともに、操作部５からの命令等に基づく映像制御，音声制御，照明制御等を行う。データ格納部２２は、制御に必要なデータや投映等に必要なファイルを格納するものであり、格納されているデータとしては、例えば各天体の明るさ・配置；各星座の名前，配列，星座領域等の天文データ等が挙げられ、格納されているファイルとしては、例えば天体の写真画像，星座絵；音声ファイル(例えば、自動ナレーションやＢＧＭ)等が挙げられる。映像生成部２３は、ドームスクリーン１上に投映する映像を生成するものであり、生成された映像は投映部３に送られてドームスクリーン１上に投映される。音声生成部２４は、プラネタリウム施設内に放送される音声を生成するものであり、生成された音声はスピーカ６を介してプラネタリウム施設内に放送される。
【００３５】
上記のように構成されたデジタル式プラネタリウムでは、以下のようにして番組の上映が行われる。まず、ドーム内にいる操作者が操作部５を操作して、所望の番組の選択及び実行を行うと、番組がスタートする(なお、ドーム外にいる操作者が遠隔操作できるように、遠隔操作部を設置してもよい。)。具体的には、演算処理部２１がデータ格納部２２から当該番組の番組プログラムを読み出し、これに基づいて映像生成部２３及び音声生成部２４を種々制御する。その際に映像生成部２３は、番組の映像データに基づく画像を投映部３の投映用画面に書き込む。すると、その映像が魚眼レンズ部４を介してドームスクリーン１に投映される。この他にも，操作によっては星空に関する自動解説を行ったり、番組を途中で停止させたりすることも勿論可能である。
【００３６】
次に、図１のデジタル式プラネタリウムにおいて好適に使用可能なデジタル式プラネタリウム装置１０を、その光学構成に特徴のある３つのタイプの実施の形態に分けて説明する。第１，第２のタイプのデジタル式プラネタリウム装置１０は、半円像を生成する表示素子を備えたビデオプロジェクタ２台から成る原像生成手段と、原像生成手段で生成された２つの半円像を光学的に結像させて円像を生成する中間像生成手段と、中間像生成手段により生成された円像を投射する魚眼レンズと、を有する構成になっている。そのうち、第１のタイプでは中間像生成手段による結像が光軸の片側にオフセットされた半円像に対して行われ、第２のタイプでは中間像生成手段による結像が光軸を中心にセットされた半円像に対して行われる。第３のタイプのデジタル式プラネタリウム装置１０は、半円像を生成する表示素子を備えたビデオプロジェクタ２台から成る原像生成手段と、拡大側から順に前レンズ群及び後レンズ群から成り原像生成手段で生成された２つの半円像を投射する魚眼レンズと、２つの半円像が１つの円像として繋ぎ合わされて結像するように、前レンズ群と後レンズ群との間で２つの半円像の光路を合成する画像合成手段と、を有する構成になっている。以下に、各タイプの光学構成を更に詳しく説明する(なお、２つの半円像と１つの円像の対応関係を分かり易くするため、それらの生成状態を必要に応じて図中に模式的に示す。)。
【００３７】
第１のタイプのデジタル式プラネタリウム装置１０は、図３に示すように、２台のビデオプロジェクタＰＡ，ＰＢと２つのリレーレンズ部３ａ，３ｂを投映部３に有しており、その光射出側に配置された１つの魚眼レンズ部４でドームスクリーン１上に映像を投映する構成になっている。原像生成手段に相当する２台のビデオプロジェクタＰＡ，ＰＢは、それぞれ内部に表示素子ＤＡ，ＤＢを有しており、各表示素子ＤＡ，ＤＢでは半円像ＩＡ，ＩＢが生成される。なお、表示素子ＤＡ，ＤＢとしては、デジタル・マイクロミラー・デバイス(digital micromirror device)，反射型又は透過型のＬＣＤ(liquid crystal display)等が用いられる。
【００３８】
表示素子ＤＡ，ＤＢとしてデジタル・マイクロミラー・デバイスを用いた場合、それに入射した光は、ＯＮ／ＯＦＦ状態(例えば±１２°の傾き状態)の各マイクロミラーで反射されることにより空間的に変調される。その際、ＯＮ状態のマイクロミラーで反射した光のみがリレーレンズ部３ａ，３ｂに入射し、その結果、表示素子ＤＡ，ＤＢの表示画像がドームスクリーン１上に拡大投映される。また、表示素子ＤＡ，ＤＢとして、ＥＬ素子(electro luminescence element)等の自発光型表示素子を用いてもよい。表示素子として自発光型表示素子を用いれば、照明用の光源等が不要となるため、装置全体をより軽量・小型化することができる。
【００３９】
図４に、１台のビデオプロジェクタＰＡの原板イメージを示す。半円像ＩＡを生成する表示素子ＤＡの画像表示面は、Ｐｘ＝１９２０画素，Ｐｙ＝１０８０画素から成るアスペクト比＝１６：９(＝１９２０：１０８０)の長方形状になっている。もし、アスペクト比＝１６：９の画像表示面で円像を生成すると、画像領域は短辺方向の画素数Ｐｙで決定される。その結果、解像度が短辺方向の画素数Ｐｙに制限されてしまうとともに、非画像領域が多くなって投映効率が悪くなる。それに対し、図４に示すように表示素子ＤＡで半円像ＩＡを生成する構成にすれば、画像表示面のアスペクト比が１６：９であっても、画像表示面の長辺方向に半円像ＩＡの直径方向を合わせることにより、解像度を長辺方向の画素数Ｐｘまで向上させることができ、また、非画像領域が少なくなるため非投映領域の低減により投映効率が良くなる。したがって、１つの円像を２つの半円像に分けることにより、投映する画像半分の形状を表示素子の画像表示面の形状に近づける、という観点から言えば、アスペクト比は２：１に近いことが好ましく、例えば４：３より１６：９の方が有利になる。
【００４０】
図３に示すように、中間像生成手段に相当する２つのリレーレンズ部３ａ，３ｂは、それぞれ内部にリレーレンズＲＡ，ＲＢを有している。ビデオプロジェクタＰＡ，ＰＢで生成された２つの半円像ＩＡ，ＩＢは、各リレーレンズＲＡ，ＲＢで結像して、２つの半円像ＩＡ，ＩＢから成る１つの円像ＩＭを構成する。円像ＩＭは、空中像でもよく、スクリーン(不図示)上に結像させた像でもよい。また、結像位置又はその近傍にフィールドレンズ(図５)を配置することにより、リレーレンズＲＡ，ＲＢと魚眼レンズＧＬとの光線角度をマッチングさせる構成にしてもよい。いずれにしても中間像としての円像ＩＭは、魚眼レンズ部４に内蔵されている魚眼レンズＧＬ(ＸＧ：光軸)でドームスクリーン１上に拡大投映される。なお、リレーレンズＲＡ，ＲＢや魚眼レンズＧＬは、透過型光学素子としてのレンズのみから成る光学系に限らず、ミラー等の反射型光学素子を含む光学系，回折レンズ等の回折型光学素子を含む光学系等であってもよい。
【００４１】
第１のタイプのデジタル式プラネタリウム装置１０の特徴は、リレーレンズＲＡ，ＲＢによる結像が光軸ＸＡ，ＸＢの片側にオフセットされた半円像ＩＡ，ＩＢに対して行われる点にある。つまり、リレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢが表示素子ＤＡ，ＤＢの中心からシフトしている点に特徴がある。リレーレンズＲＡ，ＲＢに対し表示素子ＤＡ，ＤＢがオフセットされているため、リレーレンズＲＡ，ＲＢにおいて光軸ＸＡ，ＸＢの片側に偏った部分を用いた結像が行われる。この構成により、リレーレンズＲＡ，ＲＢの設計・配置の自由度が向上するため、投映部３とそれを内蔵するプラネタリウム装置１０のコンパクト化が可能になる。
【００４２】
第１のタイプのデジタル式プラネタリウム装置１０の光学構成を、第１〜第３の実施の形態を例示して、更に詳しく説明する。図５〜図７に、第１〜第３の実施の形態の光学構成をそれぞれ示す。第１〜第３の実施の形態に用いられているビデオプロジェクタＰＡ，ＰＢには、プリズムＧＡ，ＧＢが内蔵されている。ここでは、プリズムＧＡ，ＧＢとして照明光を反射させ投映光を透過させるＴＩＲ(Total Internal Reflection)プリズムを想定している。ただし、使用されるプリズムＧＡ，ＧＢはこれに限らず、投映系や表示素子に適したＰＢＳ(偏光ビームスプリッター)プリズム又は３板式用プリズム(色分離・色合成用プリズム等)を１つ又は組み合わせて用いても構わない。また、単板式でプリズムを使用しないビデオプロジェクタの場合、プリズムＧＡ，ＧＢは無くてもよい。
【００４３】
図１３に、照明光と投映光とを臨界角前後の入射角度差を利用して分離するＴＩＲプリズムの単板式システム構成例を示す。ＴＩＲプリズムはプリズムｐｒ１とプリズムｐｒ２とから成り、その間にはエアギャップが存在する。プリズムｐｒ１に入射した照明光Ｌ１は、プリズムｐｒ１，ｐｒ２間のエアギャップに面するプリズム面に対し臨界角を超えて入射することにより、全反射される。その後、プリズムｐｒ１から射出し、表示素子ＤＡ，ＤＢ(例えばデジタル・マイクロミラー・デバイス)で反射されることにより、投映光としてプリズムｐｒ１へ再入射する。プリズムｐｒ１に入射した投映光Ｌ２は、プリズムｐｒ１，ｐｒ２間のエアギャップに面するプリズム面に対し臨界角未満で入射することにより、プリズムｐｒ１，エアギャップ，プリズムｐｒ２の順に透過する。
【００４４】
第１の実施の形態(図５)において、魚眼レンズＧＬは円像ＩＭ側に略テレセントリックであり、リレーレンズＲＡ，ＲＢは表示素子ＤＡ，ＤＢ側に略テレセントリックである。また、リレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢは表示素子ＤＡ，ＤＢの中心からシフトしており、さらにリレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢは魚眼レンズＧＬの光軸ＸＧからもシフトしている。リレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢと魚眼レンズＧＬの光軸ＸＧとがズレていても、円像ＩＭの近傍に配置されている正パワーのフィールドレンズＦＬで光束を取り込むことにより、リレーレンズＲＡ，ＲＢと魚眼レンズＧＬとの光線角度をマッチングさせて、リレーレンズＲＡ，ＲＢからの光を効率的に魚眼レンズＧＬに導くことができる。さらに、魚眼レンズＧＬが円像ＩＭ側に略テレセントリックであるため、画像をきれいに繋げて明るさ効率を良くすることができる。
【００４５】
第２の実施の形態(図６)では、リレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢと魚眼レンズＧＬの光軸ＸＧとを一致させたまま、ミラーＭＲで円像ＩＭよりもリレーレンズＲＡ側の光路を折り曲げることにより、２つのリレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢが略直交するように光路を合成している。画像をきれいに繋げるには、ミラーＭＲのエッジ形状を狭い角度に設定するのが好ましいが、ミラーＭＲを薄くして実装するようにしてもよい。
【００４６】
第３の実施の形態(図７)では、リレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢと魚眼レンズＧＬの光軸ＸＧとを一致させたまま、プリズムＰＲで円像ＩＭよりもリレーレンズＲＡ，ＲＢ側の光路を折り曲げることにより、２つのリレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢが略一致するように光路を合成している。第３の実施の形態のように、プリズムＰＲの頂角を円像ＩＭに一致させた場合、その頂角が完全なエッジ状に構成されていなければ(例えば、プリズム頂角が完全でなく欠け等がある場合)、半円像ＩＡ，ＩＢの繋ぎ目に相当する投映像面中央にその分の影が形成されるおそれがある。この頂角の悪影響を解消するには、プリズムＰＲの頂角が円像ＩＭよりも魚眼レンズＧＬ側に位置するように、プリズムＰＲを魚眼レンズＧＬ側に少しだけシフトさせるのが好ましく、プリズムＰＲからビデオプロジェクタＰＡ，ＰＢまでの全部又は一部を魚眼レンズＧＬ側に少しだけシフトさせるのが更に好ましい。
【００４７】
図１４に、プリズムＰＲからビデオプロジェクタＰＡ，ＰＢまでを魚眼レンズＧＬ側に少しだけシフトさせたときの光路変化を示す。また図１５に、図１４中の光路合成部Ｔを拡大して示す。プリズム反射面が移動した分だけ、リレーレンズＲＡ，ＲＢ側に折り返される光軸ＸＡ，ＸＢもズレることになる。その結果、前記欠点となる影(つまり頂角の像)はデフォーカス分だけ消えることになる。
【００４８】
第２，第３の実施の形態(図６，図７)において、魚眼レンズＧＬは円像ＩＭ側に略テレセントリックであり、リレーレンズＲＡ，ＲＢは両側に略テレセントリックである。また、リレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢは表示素子ＤＡ，ＤＢの中心からシフトしているが、リレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢと魚眼レンズＧＬの光軸ＸＧとは一致している。このようにリレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢを魚眼レンズＧＬの光軸ＸＧと一致させるとともに、表示素子ＤＡ，ＤＢをオフセット状態で使用することにより、リレーレンズＲＡ，ＲＢと魚眼レンズＧＬとの間で、歪曲収差，倍率色収差，像面湾曲を補間する設計が可能となる。これにより、高画質化を達成できるというメリットがある。なお、魚眼レンズＧＬが円像ＩＭ側にテレセントリックでない場合でも、リレーレンズＲＡ，ＲＢにおける円像ＩＭ側の光線角度をテレセントリックから崩してマッチングさせてもよい。
【００４９】
第２のタイプのデジタル式プラネタリウム装置１０は、図８に示すように、２台のビデオプロジェクタＰＡ，ＰＢと２つのリレーレンズ部３ａ，３ｂを投映部３に有しており、その光射出側に配置された１つの魚眼レンズ部４でドームスクリーン１上に映像を投映する構成になっている。第１のタイプ(図３，図４)と同様、原像生成手段に相当する２台のビデオプロジェクタＰＡ，ＰＢは、それぞれ内部に表示素子ＤＡ，ＤＢ(デジタル・マイクロミラー・デバイス，反射型又は透過型のＬＣＤ等)を有しており、各表示素子ＤＡ，ＤＢでは半円像ＩＡ，ＩＢが生成される。
【００５０】
図８に示すように、中間像生成手段に相当する２つのリレーレンズ部３ａ，３ｂは、それぞれ内部にリレーレンズＲＡ，ＲＢを有している。ビデオプロジェクタＰＡ，ＰＢで生成された２つの半円像ＩＡ，ＩＢは、各リレーレンズＲＡ，ＲＢで結像して、２つの半円像ＩＡ，ＩＢから成る１つの円像ＩＭを構成する。円像ＩＭは、空中像でもよく、スクリーン(不図示)上に結像させた像でもよい。また、２つの半円像ＩＡ，ＩＢはくの字状の円像ＩＭを構成するが、結像位置又はその近傍にフィールドレンズ(図１０)を配置することにより、リレーレンズＲＡ，ＲＢと魚眼レンズＧＬとの光線角度をマッチングさせる構成にしてもよい。いずれにしても中間像としての円像ＩＭは、魚眼レンズ部４に内蔵されている魚眼レンズＧＬ(ＸＧ：光軸)でドームスクリーン１(図１)上に拡大投映される。なお、リレーレンズＲＡ，ＲＢや魚眼レンズＧＬは、透過型光学素子としてのレンズのみから成る光学系に限らず、ミラー等の反射型光学素子を含む光学系，回折レンズ等の回折型光学素子を含む光学系等であってもよい。
【００５１】
第２のタイプのデジタル式プラネタリウム装置１０の特徴は、リレーレンズＲＡ，ＲＢによる結像が光軸ＸＡ，ＸＢを中心にセットされた半円像ＩＡ，ＩＢに対して行われる点にある。つまり、リレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢが表示素子ＤＡ，ＤＢの中心に一致している点に特徴がある。リレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢが表示素子ＤＡ，ＤＢの中心を通過するシンプルな構成であるため、その分、２つの半円像ＩＡ，ＩＢから成る円像ＩＭが小さくて済み、安価な設計が可能となる。
【００５２】
第２のタイプのデジタル式プラネタリウム装置１０の光学構成を、第４〜第６の実施の形態を例示して、更に詳しく説明する。図９〜図１１に、第４〜第６の実施の形態の光学構成をそれぞれ示す。第４〜第６の実施の形態に用いられているビデオプロジェクタＰＡ，ＰＢには、第１のタイプ(図５〜図７)と同様、プリズムＧＡ，ＧＢが内蔵されている。ここでは、プリズムＧＡ，ＧＢとして照明光を反射させ投映光を透過させるＴＩＲプリズム(図１３)を想定している。ただし、使用されるプリズムＧＡ，ＧＢはこれに限らず、投映系や表示素子に適したＰＢＳ(偏光ビームスプリッター)プリズム又は３板式用プリズム(色分離・色合成用プリズム等)を１つ又は組み合わせて用いても構わない。また、単板式でプリズムを使用しないビデオプロジェクタの場合、プリズムＧＡ，ＧＢは無くてもよい。
【００５３】
第４の実施の形態(図９)において、魚眼レンズＧＬは円像ＩＭ側に非テレセントリックであり、リレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢは魚眼レンズＧＬの光軸ＸＧからシフトしているが、リレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢは表示素子ＤＡ，ＤＢの中心にセットされている(つまり、リレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢと表示素子ＤＡ，ＤＢの中心とが一致している。)。そのため、２つの半円像ＩＡ，ＩＢはくの字状の円像ＩＭを構成しているが、そのシンプルな構成により安価な設計が可能となる。また、魚眼レンズＧＬの光軸ＸＧに対して半円像ＩＡ，ＩＢが垂直に結像するように、リレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢと表示素子ＤＡ，ＤＢの画像表示面の法線とが非平行に位置する構成にしてもよい。つまり、表示素子ＤＡ，ＤＢを光軸ＸＡ，ＸＢに対して垂直の状態から傾けることにより、魚眼レンズＧＬの光軸ＸＧに対して垂直に半円像ＩＡ，ＩＢを結像させれば、円像ＩＭをくの字状から平面状に改善することができる。円像ＩＭを平面状に形成することにより、画質を向上させることが可能となる。
【００５４】
第５の実施の形態(図１０)において、魚眼レンズＧＬは円像ＩＭ側に略テレセントリックであり、リレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢは魚眼レンズＧＬの光軸ＸＧからシフトしているが、リレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢは表示素子ＤＡ，ＤＢの中心にセットされている。リレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢが魚眼レンズＧＬの光軸ＸＧからシフトしていても、円像ＩＭの近傍に配置されている負パワーのフィールドレンズＦＬで光束を取り込むことにより、リレーレンズＲＡ，ＲＢと魚眼レンズＧＬとの光線角度をマッチングさせて、リレーレンズＲＡ，ＲＢからの光を効率的に魚眼レンズＧＬに導くことができる。さらに、魚眼レンズＧＬが円像ＩＭ側に略テレセントリックであるため、画像をきれいに繋げて明るさ効率を良くすることができる。
【００５５】
第６の実施の形態(図１１)では、リレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢと魚眼レンズＧＬの光軸ＸＧとを一致させたまま、ミラーＭＲで円像ＩＭよりもリレーレンズＲＡ側の光路を折り曲げることにより、２つのリレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢが略直交するように光路を合成している。画像をきれいに繋げるには、ミラーＭＲのエッジ形状を狭い角度に設定するのが好ましいが、ミラーＭＲを薄くして実装するようにしてもよい。魚眼レンズＧＬは円像ＩＭ側に略テレセントリックであり、リレーレンズＲＡ，ＲＢは両側に略テレセントリックである。また、リレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢは表示素子ＤＡ，ＤＢの中心にセットされており、リレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢと魚眼レンズＧＬの光軸ＸＧとは一致している。第４の実施の形態では２つの半円像ＩＡ，ＩＢでくの字状の円像ＩＭが構成されるが、それに対し第６の実施の形態では、円像ＩＭがフラットになるように一方の半円像ＩＡの結像位置をミラーＭＲで調整している。このため、魚眼レンズＧＬもリレーレンズＲＡ，ＲＢも円像ＩＭ側に略テレセントリックであることが望ましい。なお、魚眼レンズＧＬが円像ＩＭ側にテレセントリックでない場合でも、リレーレンズＲＡ，ＲＢにおける円像ＩＭ側の光線角度をテレセントリックから崩してマッチングさせてもよい。
【００５６】
第４〜第６の実施の形態のように、第２のタイプの光学構成はリレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢが表示素子ＤＡ，ＤＢの中心に一致したシンプルな構成になっているため安価である。ただし、光束の取り込み効率(つまり明るさムラ対策)に関しては、第４の実施の形態が最も低く、第５，第６の実施の形態の順で改善される。
【００５７】
上述したように、第１，第２のタイプのデジタル式プラネタリウム装置１０は、２台のビデオプロジェクタＰＡ，ＰＢから成りそれぞれの内部の表示素子ＤＡ，ＤＢに半円像ＩＡ，ＩＢを生成する原像生成手段と、原像生成手段で生成された２つの半円像ＩＡ，ＩＢを光学的に結像させて円像ＩＭを生成する中間像生成手段と、中間像生成手段により生成された円像を投射する魚眼レンズＧＬと、を有することに特徴がある。この構成によると、原像生成手段において例えばアスペクト比＝１６：９のビデオプロジェクタ２台(ＰＡ，ＰＢ)のそれぞれで半円像ＩＡ，ＩＢが生成され、その２つの半円像ＩＡ，ＩＢが中間像生成手段による光学的な結像により円像ＩＭとして合成される。その円像ＩＭは、例えば、等距離射影等の射影方式を採用した魚眼レンズＧＬにより、ドーム全天に適した映像に変換されてドームスクリーン１(図１)上に投射される。２台のビデオプロジェクタＰＡ，ＰＢを使用する構成であるため、高解像度化が可能となり、それぞれの表示素子ＤＡ，ＤＢに半円像ＩＡ，ＩＢが生成されるため、使用するビデオプロジェクタＰＡ，ＰＢのアスペクト比が１６：９であっても非投映領域は低減される。また、一方のビデオプロジェクタの輝度を基準にして他方のビデオプロジェクタの輝度を合わせ込むことができるので、輝度調整を容易に行うことができる。
【００５８】
第３のタイプのデジタル式プラネタリウム装置１０は、図１２に示すように、２台のビデオプロジェクタｐ１，ｐ２を投映部３に有しており、その光射出側に配置された１つの魚眼レンズ部４でドームスクリーン１(図１)上に映像を投映する構成になっている。原像生成手段に相当する２台のビデオプロジェクタｐ１，ｐ２は、それぞれ内部に表示素子ｄ１ｒ，ｄ１ｇ，ｄ１ｂ；ｄ２ｒ，ｄ２ｇ，ｄ２ｂと、クロスダイクロイックプリズムｃｘ１，ｃｘ２と、を有している。図１２に示すビデオプロジェクタｐ１，ｐ２では、表示素子ｄ１ｒ，ｄ１ｇ，ｄ１ｂ；ｄ２ｒ，ｄ２ｇ，ｄ２ｂとして透過型のＬＣＤを想定しているが、デジタル・マイクロミラー・デバイス，反射型のＬＣＤ等の表示素子、又はＥＬ素子等の自発光型表示素子を有するビデオプロジェクタｐ１，ｐ２を用いてもよい。
【００５９】
各表示素子ｄ１ｒ，ｄ１ｇ，ｄ１ｂ；ｄ２ｒ，ｄ２ｇ，ｄ２ｂでは、Ｒ・Ｇ・Ｂの各色の画像表示に対応した半円像が、第１，第２の実施の形態と同様に生成される。魚眼レンズ部４は、２つの偏光変換素子ｑ１，ｑ２と、２つの後レンズ群ｇＲ１，ｇＲ２と、１つの偏光ビームスプリッターｓｐと、１つの前レンズ群ｇＦと、を有しており、１つの前レンズ群ｇＦと２つの後レンズ群ｇＲ１，ｇＲ２とで魚眼レンズを構成している。なお、魚眼レンズは透過型光学素子としてのレンズのみから成る光学系に限らず、ミラー等の反射型光学素子を含む光学系，回折レンズ等の回折型光学素子を含む光学系等であってもよい。
【００６０】
第３のタイプのデジタル式プラネタリウム装置１０は、リレーレンズを持たないタイプになっている。したがって、ビデオプロジェクタｐ１，ｐ２で生成された２つの半円像は、中間像を形成することなく、前レンズ群ｇＦと後レンズ群ｇＲ１，ｇＲ２から成る魚眼レンズでドームスクリーン１に拡大投映される。つまり、表示素子ｄ１ｒ，ｄ１ｇ，ｄ１ｂで生成されるＲ・Ｇ・Ｂの各色の画像表示に対応した３つの半円像と、表示素子ｄ２ｒ，ｄ２ｇ，ｄ２ｂで生成されるＲ・Ｇ・Ｂの各色の画像表示に対応した３つの半円像と、でＲ・Ｇ・Ｂの各色の画像表示に対応した２つの半円像から成る１つの円像がドームスクリーン１上に形成されることになる。このとき、２つの半円像が１つの円像として繋ぎ合わされて結像するように、前レンズ群ｇＦと後レンズ群ｇＲ１，ｇＲ２との間で２つの半円像の光路が合成される。
【００６１】
上記半円像の光路合成は、前レンズ群ｇＦと後レンズ群ｇＲ１，ｇＲ２との間に配置されている偏光ビームスプリッターｓｐで行われる。２つの半円像が１つの円像として繋ぎ合わされて結像するように、偏光ビームスプリッターｓｐに対し２台のビデオプロジェクタｐ１，ｐ２は互いにズレた位置に配置されている。また、偏光ビームスプリッターｓｐは、その偏光分離面に対し、Ｐ偏光を透過させＳ偏光を反射させる特性を有している。このため、後レンズ群ｇＲ１からはＰ偏光が入射するように、ビデオプロジェクタｐ１からの光をＰ偏光に統一する偏光変換素子ｑ１が配置されている。また、後レンズ群ｇＲ２からはＳ偏光が入射するように、ビデオプロジェクタｐ２からの光をＳ偏光に統一する偏光変換素子ｑ２が配置されている。
【００６２】
例えば、表示素子ｄ１ｒ，ｄ１ｇ，ｄ１ｂ；ｄ２ｒ，ｄ２ｇ，ｄ２ｂとしてＬＣＤを用いたビデオプロジェクタｐ１，ｐ２において、ＧのみＰ偏光を射出し、Ｒ・ＢでＳ偏光を射出する構成を採用した場合には、ビデオプロジェクタｐ１からのＲ・ＢのＳ偏光を偏光変換素子ｑ１で波長選択的にＰ偏光に変換し、ビデオプロジェクタｐ２からのＧのＰ偏光を偏光変換素子ｑ２で波長選択的にＳ偏光に変換すればよい。また、Ｐ偏光のみを射出するビデオプロジェクタｐ１，ｐ２を用いた場合には、１／２波長板の機能を有する偏光変換素子ｑ２のみを配置することにより、後レンズ群ｇＲ１にＰ偏光のみが入射し、後レンズ群ｇＲ２にＳ偏光のみが入射するようにすればよい。逆に、Ｓ偏光のみを射出するビデオプロジェクタｐ１，ｐ２を用いた場合には、１／２波長板の機能を有する偏光変換素子ｑ１のみを配置することにより、後レンズ群ｇＲ１にＰ偏光のみが入射し、後レンズ群ｇＲ２にＳ偏光のみが入射するようにすればよい。
【００６３】
表示素子ｄ１ｒ，ｄ１ｇ，ｄ１ｂ；ｄ２ｒ，ｄ２ｇ，ｄ２ｂとしてデジタル・マイクロミラー・デバイスを用いた場合でも、上記ＬＣＤを用いた場合と同様である。後レンズ群ｇＲ１からＰ偏光が射出するようにビデオプロジェクタｐ１からの光をＰ偏光に統一する偏光変換素子ｑ１を配置し、後レンズ群ｇＲ２からＳ偏光が射出するようにビデオプロジェクタｐ２からの光をＳ偏光に統一する偏光変換素子ｑ２を配置すればよい。なお、２つの半円像が１つの円像として繋ぎ合わされて結像するように、前レンズ群と後レンズ群との間で２つの半円像の光路を合成する画像合成手段として、偏光分離特性を有する他の光学素子を偏光ビームスプリッターｓｐの代わりに用いてもよく、光量を所定の割合で反射光と透過光とに分割するハーフミラーを用いてもよい。
【００６４】
上述したように、第３のタイプのデジタル式プラネタリウム装置１０は、２台のビデオプロジェクタｐ１，ｐ２から成りそれぞれの内部の表示素子ｄ１ｒ，ｄ１ｇ，ｄ１ｂ；ｄ２ｒ，ｄ２ｇ，ｄ２ｂに半円像を生成する原像生成手段と、拡大側から順に前レンズ群ｇＦ及び後レンズ群ｇＲ１，ｇＲ２から成り原像生成手段で生成された２つの半円像を投射する魚眼レンズと、２つの半円像が１つの円像として繋ぎ合わされて結像するように、前レンズ群ｇＦと後レンズ群ｇＲ１，ｇＲ２との間で２つの半円像の光路を合成する画像合成手段と、を有することに特徴がある。この構成によると、原像生成手段において例えばアスペクト比＝１６：９のビデオプロジェクタ２台(ｐ１，ｐ２)のそれぞれで半円像が生成され、その２つの半円像が魚眼レンズにより投射される。魚眼レンズを構成する前レンズ群ｇＦと後レンズ群ｇＲ１，ｇＲ２との間では、画像合成手段により２つの半円像の光路が合成され、それによって２つの半円像が１つの円像として繋ぎ合わされて結像する。その際、円像を構成する各半円像は、例えば、等距離射影等の射影方式を採用した魚眼レンズにより、ドーム全天に適した映像に変換されてドームスクリーン１(図１)上に投射される。２台のビデオプロジェクタｐ１，ｐ２を使用する構成であるため、高解像度化が可能となり、それぞれの表示素子ｄ１ｒ，ｄ１ｇ，ｄ１ｂ；ｄ２ｒ，ｄ２ｇ，ｄ２ｂに半円像が生成されるため、使用するビデオプロジェクタｐ１，ｐ２のアスペクト比が１６：９であっても非投映領域は低減される。また、一方のビデオプロジェクタの輝度を基準にして他方のビデオプロジェクタの輝度を合わせ込むことができるので、輝度調整を容易に行うことができる。
【００６５】
第１〜第３のいずれのタイプの光学構成を採用した場合でも、投映方式が単眼式でありながら高解像度化を達成することが可能であり、しかもビデオプロジェクタで生成される画像領域を増やして画像表示面(例えば、アスペクト比＝１６：９)を有効活用することが可能である。魚眼レンズが１個で済むため、低コスト化にも寄与することができる。第１又は第２のタイプの光学構成では中間像(円像ＩＭ)前までの光学系とそれ以降の魚眼レンズを構成する光学系とを個別化することができ、第３のタイプの光学構成では前レンズ群と後レンズ群とを個別化することができるので、ビデオプロジェクタの種類が互いに異なっても柔軟な設計変更が可能であり、更なるコスト低減が可能である。また、ビデオプロジェクタの調整作業に関しても、２台のビデオプロジェクタについてのみ調整を行えば済む。つまり、従来の分割投映方式のデジタル式プラネタリウムでは１台のビデオプロジェクタを基準にして複数台のビデオプロジェクタを調整する必要があったが、一方のビデオプロジェクタの輝度や映像を基準にして、他方のビデオプロジェクタを調整するだけでよいため、煩雑な調整作業は必要ない。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】デジタル式プラネタリウム全体の概略構成例を示す模式図。
【図２】図１中のデジタル式プラネタリウム装置の制御構成例を示すブロック図。
【図３】第１のタイプのデジタル式プラネタリウム装置の概略光学構成を示す図。
【図４】図３中の１台のビデオプロジェクタの原板イメージを示す図。
【図５】第１の実施の形態の光学構成図。
【図６】第２の実施の形態の光学構成図。
【図７】第３の実施の形態の光学構成図。
【図８】第２のタイプのデジタル式プラネタリウム装置の概略光学構成を示す図。
【図９】第４の実施の形態の光学構成図。
【図１０】第５の実施の形態の光学構成図。
【図１１】第６の実施の形態の光学構成図。
【図１２】第３のタイプのデジタル式プラネタリウム装置の概略光学構成を示す図。
【図１３】ＴＩＲプリズムの単板式システム構成例を示す図。
【図１４】第３の実施の形態においてプリズムからビデオプロジェクタまでを魚眼レンズ側に少しだけシフトさせたときの光路変化を示す光学構成図。
【図１５】図１４中のＴ部の拡大図。
【符号の説明】
【００６７】
１ ドームスクリーン
２ 再生部
３ 投映部
３ａ，３ｂ リレーレンズ部(中間像生成手段)
４ 魚眼レンズ部(魚眼レンズ)
１０ プラネタリウム装置
ＩＭ 円像
ＩＡ，ＩＢ 半円像
ＰＡ，ＰＢ ビデオプロジェクタ(原像生成手段)
ＤＡ，ＤＢ 表示素子(原像生成手段)
ＧＡ，ＧＢ プリズム(原像生成手段)
ＲＡ，ＲＢ リレーレンズ(第１，第２のリレーレンズ；中間像生成手段)
ＦＬ フィールドレンズ(中間像生成手段)
ＰＲ プリズム(中間像生成手段)
ＭＲ ミラー(中間像生成手段)
ＧＬ 魚眼レンズ
ｐ１，ｐ２ ビデオプロジェクタ(原像生成手段)
ｄ１ｒ，ｄ１ｇ，ｄ１ｂ；ｄ２ｒ，ｄ２ｇ，ｄ２ｂ 表示素子(原像生成手段)
ｃｘ１，ｃｘ２ クロスダイクロイックプリズム(原像生成手段)
ｑ１，ｑ２ 偏光変換素子(第１，第２の偏光変換素子)
ｓｐ 偏光ビームスプリッター(画像合成手段)
ｇＦ 前レンズ群(魚眼レンズ)
ｇＲ１，ｇＲ２ 後レンズ群(第１，第２の後レンズ群；魚眼レンズ)
【技術分野】
【０００１】
本発明はデジタル式プラネタリウム装置に関するものであり、例えば、ドームスクリーンにビデオプロジェクタの映像を投映するデジタル式プラネタリウム装置に関するものである。また、多目的(アミューズメント等)な映像装置としての応用が可能で、ドームスクリーンに対し広範囲に映像を投映するドーム映像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
世界中でデジタル式プラネタリウムが徐々に普及し始めており、光学式プラネタリウム全盛の時代からデジタル式プラネタリウムの時代へと移行しつつある。デジタル式プラネタリウムでは、地球上で見られる星空や宇宙空間で見られる様子を再現することは勿論のこと、各天体の上空から見た地表の様子等も再現できるようになってきている。またデジタル式プラネタリウムには、ＤＬＰ(登録商標)方式，Ｄ−ＩＬＡ(登録商標)方式又は液晶方式のビデオプロジェクタが一般的に採用され、そのアスペクト比も従来は４：３が一般的であったが、ハイビジョン化に伴って１６：９のものが普及しつつある。
【０００３】
デジタル式プラネタリウムの投映方式は、分割投映方式と単眼投映方式とに大別される。分割投映方式のデジタル式プラネタリウムは、ドーム周辺に配置された複数(例えば６台)のビデオプロジェクタを用いて表示素子の画像を投映し、画像を繋ぎ合わせてドーム全天を覆う映像を生成するものである(例えば、特許文献１，２参照。)。これにより没入感及び臨場感のある星空等の全天映像を上映することができる。一方、単眼投映方式のデジタル式プラネタリウムは、１台のビデオプロジェクタをドーム中心に配置し、それに装着した魚眼レンズで映像を拡大してドーム全天に投映するものであり(例えば、特許文献１参照。)、その優れたメンテナンス性により普及しつつある。
【特許文献１】特開２００４−３６１８８０号公報
【特許文献２】特開２００５−３１２７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
分割投映方式のデジタル式プラネタリウムでは、複数のビデオプロジェクタを用いて映像を構成するため、個々のビデオプロジェクタの輝度調整が困難である。また、経時変化等が原因となって輝度等が狂ってしまうと、ドーム上に映像の切れ目が顕著に発生してしまい、観客にとって非常に見苦しいものとなる。それを調整することも非常に困難である。一方、単眼投映方式のデジタル式プラネタリウム装置では、こういった問題は生じない。しかし、１台のビデオプロジェクタに対し１台の魚眼レンズでドーム全天を覆う映像を投映する構成であるため、高解像度化は困難である。さらに、デジタル式プラネタリウムで生成される画像領域が円形であるため、画像表示面のアスペクト比が１６：９に近い最近のビデオプロジェクタでは、短辺方向の画素で画像領域が決定されてしまう。その結果、非画像領域が多くなるため、投映効率が悪いという問題もある。
【０００５】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、投映方式が単眼式であっても高解像度であり、ビデオプロジェクタで生成される画像領域を増やして画像表示面を有効活用できるデジタル式プラネタリウム装置とドーム映像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、第１の発明のデジタル式プラネタリウム装置は、２台のビデオプロジェクタから成りそれぞれの内部の表示素子に半円像を生成する原像生成手段と、前記原像生成手段で生成された２つの半円像を光学的に結像させて円像を生成する中間像生成手段と、前記中間像生成手段により生成された円像を投射する魚眼レンズと、を有することを特徴とする。
【０００７】
第１の発明の構成によると、原像生成手段において例えばアスペクト比＝１６：９のビデオプロジェクタ２台のそれぞれで半円像が生成され、その２つの半円像が中間像生成手段による光学的な結像により円像として合成される。その円像は、例えば、等距離射影方式を採用した魚眼レンズにより、ドーム全天に適した映像に変換されてドームスクリーン上に投射される。魚眼レンズの射影方式としては、立体角射影や等立体角射影等の他の射影方式でも映像の変換により採用可能である。２台のビデオプロジェクタを使用する構成であるため、高解像度化が可能となり、それぞれの表示素子に半円像が生成されるため、使用するビデオプロジェクタのアスペクト比が１６：９であっても非投映領域は低減される。また、一方のビデオプロジェクタの輝度を基準にして他方のビデオプロジェクタの輝度を合わせ込むことができるので、輝度調整を容易に行うことができる。
【０００８】
第２の発明のデジタル式プラネタリウム装置は、上記第１の発明において、前記中間像生成手段が、一方のビデオプロジェクタ内部の表示素子で生成された半円像を光学的に結像させる第１のリレーレンズと、他方のビデオプロジェクタ内部の表示素子で生成された半円像を光学的に結像させる第２のリレーレンズと、を含み、各リレーレンズの光軸が各表示素子の中心からシフトしていることを特徴とする。
【０００９】
第２の発明の構成によると、第１，第２のリレーレンズにおいて各光軸の片側に偏った部分を用いた結像が行われる。これにより、第１，第２のリレーレンズの設計・配置の自由度が向上するため、デジタル式プラネタリウム装置のコンパクト化が可能になる。
【００１０】
第３の発明のデジタル式プラネタリウム装置は、上記第２の発明において、前記第１，第２のリレーレンズの光軸と前記魚眼レンズの光軸とが一致していることを特徴とする。
【００１１】
第３の発明の構成によると、第１，第２のリレーレンズと魚眼レンズとの間で、歪曲収差，倍率色収差，像面湾曲を補間する設計が可能となり、高画質化の達成に寄与することができる。
【００１２】
第４の発明のデジタル式プラネタリウム装置は、上記第１の発明において、前記中間像生成手段が、一方のビデオプロジェクタ内部の表示素子で生成された半円像を光学的に結像させる第１のリレーレンズと、他方のビデオプロジェクタ内部の表示素子で生成された半円像を光学的に結像させる第２のリレーレンズと、を含み、各リレーレンズの光軸と各表示素子の中心とが一致していることを特徴とする。
【００１３】
第４の発明の構成によると、各リレーレンズの光軸と各表示素子の中心とが一致しているため、そのシンプルな構成により安価な設計が可能となる。
【００１４】
第５の発明のデジタル式プラネタリウム装置は、上記第４の発明において、前記中間像生成手段が、第１のリレーレンズにより形成される半円像と第２のリレーレンズにより形成される半円像とが平面状に合成されるように、それぞれのビデオプロジェクタ内部の表示素子を各リレーレンズの光軸に対し傾斜させることを特徴とする。
【００１５】
第５の発明の構成によると、ビデオプロジェクタ内部の表示素子が各リレーレンズの光軸に対し傾斜しているため、円像を平面状に形成することにより、画質を向上させることが可能となる。
【００１６】
第６の発明のデジタル式プラネタリウム装置は、上記第２〜第５のいずれか１つの発明において、前記中間像生成手段が、前記第１，第２のリレーレンズによる半円像の結像位置又はその近傍にフィールドレンズ，ミラー又はプリズムを有することを特徴とする。
【００１７】
第６の発明の構成によると、フィールドレンズ，ミラー又はプリズムにより、第１，第２のリレーレンズと魚眼レンズとの光線角度のマッチング等が可能となる。
【００１８】
第７の発明のデジタル式プラネタリウム装置は、上記第１〜第６のいずれか１つの発明において、前記魚眼レンズが円像側に略テレセントリックであることを特徴とする。
【００１９】
第７の発明の構成によると、魚眼レンズの円像側への略テレセントリック性により、画像をきれいに繋げて明るさ効率を良くすることが可能となる。
【００２０】
第８の発明のデジタル式プラネタリウム装置は、上記第１〜第７のいずれか１つの発明において、前記第１，第２のリレーレンズが中間像側に略テレセントリックであることを特徴とする。
【００２１】
第８の発明の構成によると、第１，第２のリレーレンズの中間像側への略テレセントリック性により、画像をきれいに繋げて明るさ効率を良くすることが可能となる。また、第１，第２のリレーレンズは両側に略テレセントリックであることが更に好ましい。
【００２２】
第９の発明のデジタル式プラネタリウム装置は、２台のビデオプロジェクタから成りそれぞれの内部の表示素子に半円像を生成する原像生成手段と、拡大側から順に前レンズ群及び後レンズ群から成り前記原像生成手段で生成された２つの半円像を投射する魚眼レンズと、前記２つの半円像が１つの円像として繋ぎ合わされて結像するように、前記前レンズ群と後レンズ群との間で前記２つの半円像の光路を合成する画像合成手段と、を有することを特徴とする。
【００２３】
第９の発明の構成によると、原像生成手段において例えばアスペクト比＝１６：９のビデオプロジェクタ２台のそれぞれで半円像が生成され、その２つの半円像が魚眼レンズにより投射される。魚眼レンズを構成する前レンズ群と後レンズ群との間では、画像合成手段により２つの半円像の光路が合成され、それによって２つの半円像が１つの円像として繋ぎ合わされて結像する。その際、円像を構成する各半円像は、例えば、等距離射影方式を採用した魚眼レンズにより、ドーム全天に適した映像に変換されてドームスクリーン上に投射される。魚眼レンズの射影方式としては、立体角射影や等立体角射影等の他の射影方式でも映像の変換により採用可能である。２台のビデオプロジェクタを使用する構成であるため、高解像度化が可能となり、それぞれの表示素子に半円像が生成されるため、使用するビデオプロジェクタのアスペクト比が１６：９であっても非投映領域は低減される。また、一方のビデオプロジェクタの輝度を基準にして他方のビデオプロジェクタの輝度を合わせ込むことができるので、輝度調整を容易に行うことができる。
【００２４】
第１０の発明のデジタル式プラネタリウム装置は、上記第９の発明において、前記画像合成手段が偏光ビームスプリッターであり、前記後レンズ群が一方のビデオプロジェクタ側に位置する第１の後レンズ群と他方のビデオプロジェクタ側に位置する第２の後レンズ群とから成り、第１の後レンズ群からＰ偏光が射出するように一方のビデオプロジェクタからの光をＰ偏光に統一する第１の偏光変換素子と、第２の後レンズ群からＳ偏光が射出するように他方のビデオプロジェクタからの光をＳ偏光に統一する第２の偏光変換素子と、を更に有することを特徴とする。
【００２５】
第１０の発明の構成によると、偏光ビームスプリッターの偏光分離特性を利用した２つの半円像の光路合成により、２つの半円像を１つの円像として効率的に繋ぎ合わせることが可能となる。
【００２６】
第１１の発明のドーム映像装置は、２台のビデオプロジェクタから成りそれぞれの内部の表示素子に半円像を生成する原像生成手段と、前記原像生成手段で生成された２つの半円像を光学的に結像させて円像を生成する中間像生成手段と、前記中間像生成手段により生成された円像をドームスクリーンに投射する魚眼レンズと、を有することを特徴とする。
【００２７】
第１１の発明の構成によると、原像生成手段において例えばアスペクト比＝１６：９のビデオプロジェクタ２台のそれぞれで半円像が生成され、その２つの半円像が中間像生成手段による光学的な結像により円像として合成される。その円像は、例えば、等距離射影方式を採用した魚眼レンズにより、ドーム全天に適した映像に変換されてドームスクリーン上に投射される。魚眼レンズの射影方式としては、立体角射影や等立体角射影等の他の射影方式でも映像の変換により採用可能である。２台のビデオプロジェクタを使用する構成であるため、高解像度化が可能となり、それぞれの表示素子に半円像が生成されるため、使用するビデオプロジェクタのアスペクト比が１６：９であっても非投映領域は低減される。また、一方のビデオプロジェクタの輝度を基準にして他方のビデオプロジェクタの輝度を合わせ込むことができるので、輝度調整を容易に行うことができる。
【００２８】
第１２の発明のドーム映像装置は、２台のビデオプロジェクタから成りそれぞれの内部の表示素子に半円像を生成する原像生成手段と、拡大側から順に前レンズ群及び後レンズ群から成り前記原像生成手段で生成された２つの半円像をドームスクリーンに投射する魚眼レンズと、前記２つの半円像が１つの円像として繋ぎ合わされて結像するように、前記前レンズ群と後レンズ群との間で前記２つの半円像の光路を合成する画像合成手段と、を有することを特徴とする。
【００２９】
第１２の発明の構成によると、原像生成手段において例えばアスペクト比＝１６：９のビデオプロジェクタ２台のそれぞれで半円像が生成され、その２つの半円像が魚眼レンズにより投射される。魚眼レンズを構成する前レンズ群と後レンズ群との間では、画像合成手段により２つの半円像の光路が合成され、それによって２つの半円像が１つの円像として繋ぎ合わされて結像する。その際、円像を構成する各半円像は、例えば、等距離射影方式を採用した魚眼レンズにより、ドーム全天に適した映像に変換されてドームスクリーン上に投射される。魚眼レンズの射影方式としては、立体角射影や等立体角射影等の他の射影方式でも映像の変換により採用可能である。２台のビデオプロジェクタを使用する構成であるため、高解像度化が可能となり、それぞれの表示素子に半円像が生成されるため、使用するビデオプロジェクタのアスペクト比が１６：９であっても非投映領域は低減される。また、一方のビデオプロジェクタの輝度を基準にして他方のビデオプロジェクタの輝度を合わせ込むことができるので、輝度調整を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００３０】
第１又は第１１の発明によれば、原像生成手段を構成する２台のビデオプロジェクタで２つの半円像を生成し、中間像生成手段で２つの半円像を光学的に結像させて円像を生成し、魚眼レンズで円像を投射する構成になっているため、投映方式が単眼式であっても高解像度であり、ビデオプロジェクタで生成される画像領域を増やして画像表示面(例えば、アスペクト比＝１６：９)を有効活用できるデジタル式プラネタリウム装置とドーム映像装置を実現することができる。また、第９又は第１２の発明によれば、原像生成手段を構成する２台のビデオプロジェクタで２つの半円像を生成し、その２つの半円像が１つの円像として繋ぎ合わされて結像するように、画像合成手段で光路を合成して魚眼レンズで投射する構成になっているため、投映方式が単眼式であっても高解像度であり、ビデオプロジェクタで生成される画像領域を増やして画像表示面(例えば、アスペクト比＝１６：９)を有効活用できるデジタル式プラネタリウム装置とドーム映像装置を実現することができる。第１〜第１２のいずれの発明によっても、魚眼レンズが１個で済むため、低コスト化を達成することができる。さらには、第１又は第１１の発明では中間像前までの光学系とそれ以降の魚眼レンズを構成する光学系とを個別化することができ、第９又は第１２の発明では前レンズ群と後レンズ群とを個別化することができるので、ビデオプロジェクタの種類が互いに異なっても柔軟な設計変更が可能であり、更なるコスト低減が可能である。
【００３１】
従来の分割投映方式のデジタル式プラネタリウムでは、通常６台のビデオプロジェクタが使用されるため、１台のビデオプロジェクタを基準にして５台のビデオプロジェクタを調整する必要がある。その調整作業は煩雑であり、基準となる１台を決めることも困難である。それに対し、本発明によれば２台のビデオプロジェクタについてのみ調整を行えば済む。つまり、一方のビデオプロジェクタの輝度や映像を基準にして、他方のビデオプロジェクタを調整するだけでよい。なお、１台のビデオプロジェクタを使用する単眼式のデジタル式プラネタリウム装置では、ビデオプロジェクタ間の調整は全く不要であるが、高解像度化を達成することは困難である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明に係るデジタル式プラネタリウム装置の実施の形態等を、図面を参照しつつ説明する。なお、各実施の形態等の相互で同一の部分や相当する部分には同一の符号を付して重複説明を適宜省略する。
【００３３】
図１に、各実施の形態の装置が適用されるプラネタリウム設備全体の概略構成を示す。デジタル式プラネタリウムは、図１に示すように、半球状のドームスクリーン１と、その中央下に設置されたデジタル式プラネタリウム装置１０と、で構成される。デジタル式プラネタリウム装置１０は、再生部２，投映部３，魚眼レンズ部４，操作部５，スピーカ６等を備えている。再生部２はドームスクリーン１上に投映するビデオ映像やプラネタリウム施設内に放送する音声等の再生等を行い、投映部３は再生部２からの信号を用いてビデオ映像を構成し、それを魚眼レンズ部４がドームスクリーン１の全天周に投映する。操作部５は、操作パネル５ａ(図２)を通じて操作者が実演中又は実演前に映像内容の設定を行うためのものであり、例えば、タッチパネルに表示された複数のボタンで操作者が種々の機能を選択することが可能になっている。選択可能な機能としては、例えば、星座絵，星座線，極座標線等のいわゆる解説補助機能の他，恒星の固有運動や擬似宇宙飛行等のシミュレーション機能が挙げられる。
【００３４】
図２に、デジタル式プラネタリウム装置１０の制御構成をブロック図で示す。再生部２には処理部２０が内蔵されており、処理部２０は、演算処理部２１，データ格納部２２，映像生成部２３及び音声生成部２４を有している。また操作部５は、操作パネル(タッチパネル)５ａと、処理部２０と交信するためのマシンＩＦ部５ｂと、を有している。演算処理部２１は、種々の演算処理を行うとともに、操作部５からの命令等に基づく映像制御，音声制御，照明制御等を行う。データ格納部２２は、制御に必要なデータや投映等に必要なファイルを格納するものであり、格納されているデータとしては、例えば各天体の明るさ・配置；各星座の名前，配列，星座領域等の天文データ等が挙げられ、格納されているファイルとしては、例えば天体の写真画像，星座絵；音声ファイル(例えば、自動ナレーションやＢＧＭ)等が挙げられる。映像生成部２３は、ドームスクリーン１上に投映する映像を生成するものであり、生成された映像は投映部３に送られてドームスクリーン１上に投映される。音声生成部２４は、プラネタリウム施設内に放送される音声を生成するものであり、生成された音声はスピーカ６を介してプラネタリウム施設内に放送される。
【００３５】
上記のように構成されたデジタル式プラネタリウムでは、以下のようにして番組の上映が行われる。まず、ドーム内にいる操作者が操作部５を操作して、所望の番組の選択及び実行を行うと、番組がスタートする(なお、ドーム外にいる操作者が遠隔操作できるように、遠隔操作部を設置してもよい。)。具体的には、演算処理部２１がデータ格納部２２から当該番組の番組プログラムを読み出し、これに基づいて映像生成部２３及び音声生成部２４を種々制御する。その際に映像生成部２３は、番組の映像データに基づく画像を投映部３の投映用画面に書き込む。すると、その映像が魚眼レンズ部４を介してドームスクリーン１に投映される。この他にも，操作によっては星空に関する自動解説を行ったり、番組を途中で停止させたりすることも勿論可能である。
【００３６】
次に、図１のデジタル式プラネタリウムにおいて好適に使用可能なデジタル式プラネタリウム装置１０を、その光学構成に特徴のある３つのタイプの実施の形態に分けて説明する。第１，第２のタイプのデジタル式プラネタリウム装置１０は、半円像を生成する表示素子を備えたビデオプロジェクタ２台から成る原像生成手段と、原像生成手段で生成された２つの半円像を光学的に結像させて円像を生成する中間像生成手段と、中間像生成手段により生成された円像を投射する魚眼レンズと、を有する構成になっている。そのうち、第１のタイプでは中間像生成手段による結像が光軸の片側にオフセットされた半円像に対して行われ、第２のタイプでは中間像生成手段による結像が光軸を中心にセットされた半円像に対して行われる。第３のタイプのデジタル式プラネタリウム装置１０は、半円像を生成する表示素子を備えたビデオプロジェクタ２台から成る原像生成手段と、拡大側から順に前レンズ群及び後レンズ群から成り原像生成手段で生成された２つの半円像を投射する魚眼レンズと、２つの半円像が１つの円像として繋ぎ合わされて結像するように、前レンズ群と後レンズ群との間で２つの半円像の光路を合成する画像合成手段と、を有する構成になっている。以下に、各タイプの光学構成を更に詳しく説明する(なお、２つの半円像と１つの円像の対応関係を分かり易くするため、それらの生成状態を必要に応じて図中に模式的に示す。)。
【００３７】
第１のタイプのデジタル式プラネタリウム装置１０は、図３に示すように、２台のビデオプロジェクタＰＡ，ＰＢと２つのリレーレンズ部３ａ，３ｂを投映部３に有しており、その光射出側に配置された１つの魚眼レンズ部４でドームスクリーン１上に映像を投映する構成になっている。原像生成手段に相当する２台のビデオプロジェクタＰＡ，ＰＢは、それぞれ内部に表示素子ＤＡ，ＤＢを有しており、各表示素子ＤＡ，ＤＢでは半円像ＩＡ，ＩＢが生成される。なお、表示素子ＤＡ，ＤＢとしては、デジタル・マイクロミラー・デバイス(digital micromirror device)，反射型又は透過型のＬＣＤ(liquid crystal display)等が用いられる。
【００３８】
表示素子ＤＡ，ＤＢとしてデジタル・マイクロミラー・デバイスを用いた場合、それに入射した光は、ＯＮ／ＯＦＦ状態(例えば±１２°の傾き状態)の各マイクロミラーで反射されることにより空間的に変調される。その際、ＯＮ状態のマイクロミラーで反射した光のみがリレーレンズ部３ａ，３ｂに入射し、その結果、表示素子ＤＡ，ＤＢの表示画像がドームスクリーン１上に拡大投映される。また、表示素子ＤＡ，ＤＢとして、ＥＬ素子(electro luminescence element)等の自発光型表示素子を用いてもよい。表示素子として自発光型表示素子を用いれば、照明用の光源等が不要となるため、装置全体をより軽量・小型化することができる。
【００３９】
図４に、１台のビデオプロジェクタＰＡの原板イメージを示す。半円像ＩＡを生成する表示素子ＤＡの画像表示面は、Ｐｘ＝１９２０画素，Ｐｙ＝１０８０画素から成るアスペクト比＝１６：９(＝１９２０：１０８０)の長方形状になっている。もし、アスペクト比＝１６：９の画像表示面で円像を生成すると、画像領域は短辺方向の画素数Ｐｙで決定される。その結果、解像度が短辺方向の画素数Ｐｙに制限されてしまうとともに、非画像領域が多くなって投映効率が悪くなる。それに対し、図４に示すように表示素子ＤＡで半円像ＩＡを生成する構成にすれば、画像表示面のアスペクト比が１６：９であっても、画像表示面の長辺方向に半円像ＩＡの直径方向を合わせることにより、解像度を長辺方向の画素数Ｐｘまで向上させることができ、また、非画像領域が少なくなるため非投映領域の低減により投映効率が良くなる。したがって、１つの円像を２つの半円像に分けることにより、投映する画像半分の形状を表示素子の画像表示面の形状に近づける、という観点から言えば、アスペクト比は２：１に近いことが好ましく、例えば４：３より１６：９の方が有利になる。
【００４０】
図３に示すように、中間像生成手段に相当する２つのリレーレンズ部３ａ，３ｂは、それぞれ内部にリレーレンズＲＡ，ＲＢを有している。ビデオプロジェクタＰＡ，ＰＢで生成された２つの半円像ＩＡ，ＩＢは、各リレーレンズＲＡ，ＲＢで結像して、２つの半円像ＩＡ，ＩＢから成る１つの円像ＩＭを構成する。円像ＩＭは、空中像でもよく、スクリーン(不図示)上に結像させた像でもよい。また、結像位置又はその近傍にフィールドレンズ(図５)を配置することにより、リレーレンズＲＡ，ＲＢと魚眼レンズＧＬとの光線角度をマッチングさせる構成にしてもよい。いずれにしても中間像としての円像ＩＭは、魚眼レンズ部４に内蔵されている魚眼レンズＧＬ(ＸＧ：光軸)でドームスクリーン１上に拡大投映される。なお、リレーレンズＲＡ，ＲＢや魚眼レンズＧＬは、透過型光学素子としてのレンズのみから成る光学系に限らず、ミラー等の反射型光学素子を含む光学系，回折レンズ等の回折型光学素子を含む光学系等であってもよい。
【００４１】
第１のタイプのデジタル式プラネタリウム装置１０の特徴は、リレーレンズＲＡ，ＲＢによる結像が光軸ＸＡ，ＸＢの片側にオフセットされた半円像ＩＡ，ＩＢに対して行われる点にある。つまり、リレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢが表示素子ＤＡ，ＤＢの中心からシフトしている点に特徴がある。リレーレンズＲＡ，ＲＢに対し表示素子ＤＡ，ＤＢがオフセットされているため、リレーレンズＲＡ，ＲＢにおいて光軸ＸＡ，ＸＢの片側に偏った部分を用いた結像が行われる。この構成により、リレーレンズＲＡ，ＲＢの設計・配置の自由度が向上するため、投映部３とそれを内蔵するプラネタリウム装置１０のコンパクト化が可能になる。
【００４２】
第１のタイプのデジタル式プラネタリウム装置１０の光学構成を、第１〜第３の実施の形態を例示して、更に詳しく説明する。図５〜図７に、第１〜第３の実施の形態の光学構成をそれぞれ示す。第１〜第３の実施の形態に用いられているビデオプロジェクタＰＡ，ＰＢには、プリズムＧＡ，ＧＢが内蔵されている。ここでは、プリズムＧＡ，ＧＢとして照明光を反射させ投映光を透過させるＴＩＲ(Total Internal Reflection)プリズムを想定している。ただし、使用されるプリズムＧＡ，ＧＢはこれに限らず、投映系や表示素子に適したＰＢＳ(偏光ビームスプリッター)プリズム又は３板式用プリズム(色分離・色合成用プリズム等)を１つ又は組み合わせて用いても構わない。また、単板式でプリズムを使用しないビデオプロジェクタの場合、プリズムＧＡ，ＧＢは無くてもよい。
【００４３】
図１３に、照明光と投映光とを臨界角前後の入射角度差を利用して分離するＴＩＲプリズムの単板式システム構成例を示す。ＴＩＲプリズムはプリズムｐｒ１とプリズムｐｒ２とから成り、その間にはエアギャップが存在する。プリズムｐｒ１に入射した照明光Ｌ１は、プリズムｐｒ１，ｐｒ２間のエアギャップに面するプリズム面に対し臨界角を超えて入射することにより、全反射される。その後、プリズムｐｒ１から射出し、表示素子ＤＡ，ＤＢ(例えばデジタル・マイクロミラー・デバイス)で反射されることにより、投映光としてプリズムｐｒ１へ再入射する。プリズムｐｒ１に入射した投映光Ｌ２は、プリズムｐｒ１，ｐｒ２間のエアギャップに面するプリズム面に対し臨界角未満で入射することにより、プリズムｐｒ１，エアギャップ，プリズムｐｒ２の順に透過する。
【００４４】
第１の実施の形態(図５)において、魚眼レンズＧＬは円像ＩＭ側に略テレセントリックであり、リレーレンズＲＡ，ＲＢは表示素子ＤＡ，ＤＢ側に略テレセントリックである。また、リレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢは表示素子ＤＡ，ＤＢの中心からシフトしており、さらにリレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢは魚眼レンズＧＬの光軸ＸＧからもシフトしている。リレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢと魚眼レンズＧＬの光軸ＸＧとがズレていても、円像ＩＭの近傍に配置されている正パワーのフィールドレンズＦＬで光束を取り込むことにより、リレーレンズＲＡ，ＲＢと魚眼レンズＧＬとの光線角度をマッチングさせて、リレーレンズＲＡ，ＲＢからの光を効率的に魚眼レンズＧＬに導くことができる。さらに、魚眼レンズＧＬが円像ＩＭ側に略テレセントリックであるため、画像をきれいに繋げて明るさ効率を良くすることができる。
【００４５】
第２の実施の形態(図６)では、リレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢと魚眼レンズＧＬの光軸ＸＧとを一致させたまま、ミラーＭＲで円像ＩＭよりもリレーレンズＲＡ側の光路を折り曲げることにより、２つのリレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢが略直交するように光路を合成している。画像をきれいに繋げるには、ミラーＭＲのエッジ形状を狭い角度に設定するのが好ましいが、ミラーＭＲを薄くして実装するようにしてもよい。
【００４６】
第３の実施の形態(図７)では、リレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢと魚眼レンズＧＬの光軸ＸＧとを一致させたまま、プリズムＰＲで円像ＩＭよりもリレーレンズＲＡ，ＲＢ側の光路を折り曲げることにより、２つのリレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢが略一致するように光路を合成している。第３の実施の形態のように、プリズムＰＲの頂角を円像ＩＭに一致させた場合、その頂角が完全なエッジ状に構成されていなければ(例えば、プリズム頂角が完全でなく欠け等がある場合)、半円像ＩＡ，ＩＢの繋ぎ目に相当する投映像面中央にその分の影が形成されるおそれがある。この頂角の悪影響を解消するには、プリズムＰＲの頂角が円像ＩＭよりも魚眼レンズＧＬ側に位置するように、プリズムＰＲを魚眼レンズＧＬ側に少しだけシフトさせるのが好ましく、プリズムＰＲからビデオプロジェクタＰＡ，ＰＢまでの全部又は一部を魚眼レンズＧＬ側に少しだけシフトさせるのが更に好ましい。
【００４７】
図１４に、プリズムＰＲからビデオプロジェクタＰＡ，ＰＢまでを魚眼レンズＧＬ側に少しだけシフトさせたときの光路変化を示す。また図１５に、図１４中の光路合成部Ｔを拡大して示す。プリズム反射面が移動した分だけ、リレーレンズＲＡ，ＲＢ側に折り返される光軸ＸＡ，ＸＢもズレることになる。その結果、前記欠点となる影(つまり頂角の像)はデフォーカス分だけ消えることになる。
【００４８】
第２，第３の実施の形態(図６，図７)において、魚眼レンズＧＬは円像ＩＭ側に略テレセントリックであり、リレーレンズＲＡ，ＲＢは両側に略テレセントリックである。また、リレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢは表示素子ＤＡ，ＤＢの中心からシフトしているが、リレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢと魚眼レンズＧＬの光軸ＸＧとは一致している。このようにリレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢを魚眼レンズＧＬの光軸ＸＧと一致させるとともに、表示素子ＤＡ，ＤＢをオフセット状態で使用することにより、リレーレンズＲＡ，ＲＢと魚眼レンズＧＬとの間で、歪曲収差，倍率色収差，像面湾曲を補間する設計が可能となる。これにより、高画質化を達成できるというメリットがある。なお、魚眼レンズＧＬが円像ＩＭ側にテレセントリックでない場合でも、リレーレンズＲＡ，ＲＢにおける円像ＩＭ側の光線角度をテレセントリックから崩してマッチングさせてもよい。
【００４９】
第２のタイプのデジタル式プラネタリウム装置１０は、図８に示すように、２台のビデオプロジェクタＰＡ，ＰＢと２つのリレーレンズ部３ａ，３ｂを投映部３に有しており、その光射出側に配置された１つの魚眼レンズ部４でドームスクリーン１上に映像を投映する構成になっている。第１のタイプ(図３，図４)と同様、原像生成手段に相当する２台のビデオプロジェクタＰＡ，ＰＢは、それぞれ内部に表示素子ＤＡ，ＤＢ(デジタル・マイクロミラー・デバイス，反射型又は透過型のＬＣＤ等)を有しており、各表示素子ＤＡ，ＤＢでは半円像ＩＡ，ＩＢが生成される。
【００５０】
図８に示すように、中間像生成手段に相当する２つのリレーレンズ部３ａ，３ｂは、それぞれ内部にリレーレンズＲＡ，ＲＢを有している。ビデオプロジェクタＰＡ，ＰＢで生成された２つの半円像ＩＡ，ＩＢは、各リレーレンズＲＡ，ＲＢで結像して、２つの半円像ＩＡ，ＩＢから成る１つの円像ＩＭを構成する。円像ＩＭは、空中像でもよく、スクリーン(不図示)上に結像させた像でもよい。また、２つの半円像ＩＡ，ＩＢはくの字状の円像ＩＭを構成するが、結像位置又はその近傍にフィールドレンズ(図１０)を配置することにより、リレーレンズＲＡ，ＲＢと魚眼レンズＧＬとの光線角度をマッチングさせる構成にしてもよい。いずれにしても中間像としての円像ＩＭは、魚眼レンズ部４に内蔵されている魚眼レンズＧＬ(ＸＧ：光軸)でドームスクリーン１(図１)上に拡大投映される。なお、リレーレンズＲＡ，ＲＢや魚眼レンズＧＬは、透過型光学素子としてのレンズのみから成る光学系に限らず、ミラー等の反射型光学素子を含む光学系，回折レンズ等の回折型光学素子を含む光学系等であってもよい。
【００５１】
第２のタイプのデジタル式プラネタリウム装置１０の特徴は、リレーレンズＲＡ，ＲＢによる結像が光軸ＸＡ，ＸＢを中心にセットされた半円像ＩＡ，ＩＢに対して行われる点にある。つまり、リレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢが表示素子ＤＡ，ＤＢの中心に一致している点に特徴がある。リレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢが表示素子ＤＡ，ＤＢの中心を通過するシンプルな構成であるため、その分、２つの半円像ＩＡ，ＩＢから成る円像ＩＭが小さくて済み、安価な設計が可能となる。
【００５２】
第２のタイプのデジタル式プラネタリウム装置１０の光学構成を、第４〜第６の実施の形態を例示して、更に詳しく説明する。図９〜図１１に、第４〜第６の実施の形態の光学構成をそれぞれ示す。第４〜第６の実施の形態に用いられているビデオプロジェクタＰＡ，ＰＢには、第１のタイプ(図５〜図７)と同様、プリズムＧＡ，ＧＢが内蔵されている。ここでは、プリズムＧＡ，ＧＢとして照明光を反射させ投映光を透過させるＴＩＲプリズム(図１３)を想定している。ただし、使用されるプリズムＧＡ，ＧＢはこれに限らず、投映系や表示素子に適したＰＢＳ(偏光ビームスプリッター)プリズム又は３板式用プリズム(色分離・色合成用プリズム等)を１つ又は組み合わせて用いても構わない。また、単板式でプリズムを使用しないビデオプロジェクタの場合、プリズムＧＡ，ＧＢは無くてもよい。
【００５３】
第４の実施の形態(図９)において、魚眼レンズＧＬは円像ＩＭ側に非テレセントリックであり、リレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢは魚眼レンズＧＬの光軸ＸＧからシフトしているが、リレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢは表示素子ＤＡ，ＤＢの中心にセットされている(つまり、リレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢと表示素子ＤＡ，ＤＢの中心とが一致している。)。そのため、２つの半円像ＩＡ，ＩＢはくの字状の円像ＩＭを構成しているが、そのシンプルな構成により安価な設計が可能となる。また、魚眼レンズＧＬの光軸ＸＧに対して半円像ＩＡ，ＩＢが垂直に結像するように、リレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢと表示素子ＤＡ，ＤＢの画像表示面の法線とが非平行に位置する構成にしてもよい。つまり、表示素子ＤＡ，ＤＢを光軸ＸＡ，ＸＢに対して垂直の状態から傾けることにより、魚眼レンズＧＬの光軸ＸＧに対して垂直に半円像ＩＡ，ＩＢを結像させれば、円像ＩＭをくの字状から平面状に改善することができる。円像ＩＭを平面状に形成することにより、画質を向上させることが可能となる。
【００５４】
第５の実施の形態(図１０)において、魚眼レンズＧＬは円像ＩＭ側に略テレセントリックであり、リレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢは魚眼レンズＧＬの光軸ＸＧからシフトしているが、リレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢは表示素子ＤＡ，ＤＢの中心にセットされている。リレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢが魚眼レンズＧＬの光軸ＸＧからシフトしていても、円像ＩＭの近傍に配置されている負パワーのフィールドレンズＦＬで光束を取り込むことにより、リレーレンズＲＡ，ＲＢと魚眼レンズＧＬとの光線角度をマッチングさせて、リレーレンズＲＡ，ＲＢからの光を効率的に魚眼レンズＧＬに導くことができる。さらに、魚眼レンズＧＬが円像ＩＭ側に略テレセントリックであるため、画像をきれいに繋げて明るさ効率を良くすることができる。
【００５５】
第６の実施の形態(図１１)では、リレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢと魚眼レンズＧＬの光軸ＸＧとを一致させたまま、ミラーＭＲで円像ＩＭよりもリレーレンズＲＡ側の光路を折り曲げることにより、２つのリレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢが略直交するように光路を合成している。画像をきれいに繋げるには、ミラーＭＲのエッジ形状を狭い角度に設定するのが好ましいが、ミラーＭＲを薄くして実装するようにしてもよい。魚眼レンズＧＬは円像ＩＭ側に略テレセントリックであり、リレーレンズＲＡ，ＲＢは両側に略テレセントリックである。また、リレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢは表示素子ＤＡ，ＤＢの中心にセットされており、リレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢと魚眼レンズＧＬの光軸ＸＧとは一致している。第４の実施の形態では２つの半円像ＩＡ，ＩＢでくの字状の円像ＩＭが構成されるが、それに対し第６の実施の形態では、円像ＩＭがフラットになるように一方の半円像ＩＡの結像位置をミラーＭＲで調整している。このため、魚眼レンズＧＬもリレーレンズＲＡ，ＲＢも円像ＩＭ側に略テレセントリックであることが望ましい。なお、魚眼レンズＧＬが円像ＩＭ側にテレセントリックでない場合でも、リレーレンズＲＡ，ＲＢにおける円像ＩＭ側の光線角度をテレセントリックから崩してマッチングさせてもよい。
【００５６】
第４〜第６の実施の形態のように、第２のタイプの光学構成はリレーレンズＲＡ，ＲＢの光軸ＸＡ，ＸＢが表示素子ＤＡ，ＤＢの中心に一致したシンプルな構成になっているため安価である。ただし、光束の取り込み効率(つまり明るさムラ対策)に関しては、第４の実施の形態が最も低く、第５，第６の実施の形態の順で改善される。
【００５７】
上述したように、第１，第２のタイプのデジタル式プラネタリウム装置１０は、２台のビデオプロジェクタＰＡ，ＰＢから成りそれぞれの内部の表示素子ＤＡ，ＤＢに半円像ＩＡ，ＩＢを生成する原像生成手段と、原像生成手段で生成された２つの半円像ＩＡ，ＩＢを光学的に結像させて円像ＩＭを生成する中間像生成手段と、中間像生成手段により生成された円像を投射する魚眼レンズＧＬと、を有することに特徴がある。この構成によると、原像生成手段において例えばアスペクト比＝１６：９のビデオプロジェクタ２台(ＰＡ，ＰＢ)のそれぞれで半円像ＩＡ，ＩＢが生成され、その２つの半円像ＩＡ，ＩＢが中間像生成手段による光学的な結像により円像ＩＭとして合成される。その円像ＩＭは、例えば、等距離射影等の射影方式を採用した魚眼レンズＧＬにより、ドーム全天に適した映像に変換されてドームスクリーン１(図１)上に投射される。２台のビデオプロジェクタＰＡ，ＰＢを使用する構成であるため、高解像度化が可能となり、それぞれの表示素子ＤＡ，ＤＢに半円像ＩＡ，ＩＢが生成されるため、使用するビデオプロジェクタＰＡ，ＰＢのアスペクト比が１６：９であっても非投映領域は低減される。また、一方のビデオプロジェクタの輝度を基準にして他方のビデオプロジェクタの輝度を合わせ込むことができるので、輝度調整を容易に行うことができる。
【００５８】
第３のタイプのデジタル式プラネタリウム装置１０は、図１２に示すように、２台のビデオプロジェクタｐ１，ｐ２を投映部３に有しており、その光射出側に配置された１つの魚眼レンズ部４でドームスクリーン１(図１)上に映像を投映する構成になっている。原像生成手段に相当する２台のビデオプロジェクタｐ１，ｐ２は、それぞれ内部に表示素子ｄ１ｒ，ｄ１ｇ，ｄ１ｂ；ｄ２ｒ，ｄ２ｇ，ｄ２ｂと、クロスダイクロイックプリズムｃｘ１，ｃｘ２と、を有している。図１２に示すビデオプロジェクタｐ１，ｐ２では、表示素子ｄ１ｒ，ｄ１ｇ，ｄ１ｂ；ｄ２ｒ，ｄ２ｇ，ｄ２ｂとして透過型のＬＣＤを想定しているが、デジタル・マイクロミラー・デバイス，反射型のＬＣＤ等の表示素子、又はＥＬ素子等の自発光型表示素子を有するビデオプロジェクタｐ１，ｐ２を用いてもよい。
【００５９】
各表示素子ｄ１ｒ，ｄ１ｇ，ｄ１ｂ；ｄ２ｒ，ｄ２ｇ，ｄ２ｂでは、Ｒ・Ｇ・Ｂの各色の画像表示に対応した半円像が、第１，第２の実施の形態と同様に生成される。魚眼レンズ部４は、２つの偏光変換素子ｑ１，ｑ２と、２つの後レンズ群ｇＲ１，ｇＲ２と、１つの偏光ビームスプリッターｓｐと、１つの前レンズ群ｇＦと、を有しており、１つの前レンズ群ｇＦと２つの後レンズ群ｇＲ１，ｇＲ２とで魚眼レンズを構成している。なお、魚眼レンズは透過型光学素子としてのレンズのみから成る光学系に限らず、ミラー等の反射型光学素子を含む光学系，回折レンズ等の回折型光学素子を含む光学系等であってもよい。
【００６０】
第３のタイプのデジタル式プラネタリウム装置１０は、リレーレンズを持たないタイプになっている。したがって、ビデオプロジェクタｐ１，ｐ２で生成された２つの半円像は、中間像を形成することなく、前レンズ群ｇＦと後レンズ群ｇＲ１，ｇＲ２から成る魚眼レンズでドームスクリーン１に拡大投映される。つまり、表示素子ｄ１ｒ，ｄ１ｇ，ｄ１ｂで生成されるＲ・Ｇ・Ｂの各色の画像表示に対応した３つの半円像と、表示素子ｄ２ｒ，ｄ２ｇ，ｄ２ｂで生成されるＲ・Ｇ・Ｂの各色の画像表示に対応した３つの半円像と、でＲ・Ｇ・Ｂの各色の画像表示に対応した２つの半円像から成る１つの円像がドームスクリーン１上に形成されることになる。このとき、２つの半円像が１つの円像として繋ぎ合わされて結像するように、前レンズ群ｇＦと後レンズ群ｇＲ１，ｇＲ２との間で２つの半円像の光路が合成される。
【００６１】
上記半円像の光路合成は、前レンズ群ｇＦと後レンズ群ｇＲ１，ｇＲ２との間に配置されている偏光ビームスプリッターｓｐで行われる。２つの半円像が１つの円像として繋ぎ合わされて結像するように、偏光ビームスプリッターｓｐに対し２台のビデオプロジェクタｐ１，ｐ２は互いにズレた位置に配置されている。また、偏光ビームスプリッターｓｐは、その偏光分離面に対し、Ｐ偏光を透過させＳ偏光を反射させる特性を有している。このため、後レンズ群ｇＲ１からはＰ偏光が入射するように、ビデオプロジェクタｐ１からの光をＰ偏光に統一する偏光変換素子ｑ１が配置されている。また、後レンズ群ｇＲ２からはＳ偏光が入射するように、ビデオプロジェクタｐ２からの光をＳ偏光に統一する偏光変換素子ｑ２が配置されている。
【００６２】
例えば、表示素子ｄ１ｒ，ｄ１ｇ，ｄ１ｂ；ｄ２ｒ，ｄ２ｇ，ｄ２ｂとしてＬＣＤを用いたビデオプロジェクタｐ１，ｐ２において、ＧのみＰ偏光を射出し、Ｒ・ＢでＳ偏光を射出する構成を採用した場合には、ビデオプロジェクタｐ１からのＲ・ＢのＳ偏光を偏光変換素子ｑ１で波長選択的にＰ偏光に変換し、ビデオプロジェクタｐ２からのＧのＰ偏光を偏光変換素子ｑ２で波長選択的にＳ偏光に変換すればよい。また、Ｐ偏光のみを射出するビデオプロジェクタｐ１，ｐ２を用いた場合には、１／２波長板の機能を有する偏光変換素子ｑ２のみを配置することにより、後レンズ群ｇＲ１にＰ偏光のみが入射し、後レンズ群ｇＲ２にＳ偏光のみが入射するようにすればよい。逆に、Ｓ偏光のみを射出するビデオプロジェクタｐ１，ｐ２を用いた場合には、１／２波長板の機能を有する偏光変換素子ｑ１のみを配置することにより、後レンズ群ｇＲ１にＰ偏光のみが入射し、後レンズ群ｇＲ２にＳ偏光のみが入射するようにすればよい。
【００６３】
表示素子ｄ１ｒ，ｄ１ｇ，ｄ１ｂ；ｄ２ｒ，ｄ２ｇ，ｄ２ｂとしてデジタル・マイクロミラー・デバイスを用いた場合でも、上記ＬＣＤを用いた場合と同様である。後レンズ群ｇＲ１からＰ偏光が射出するようにビデオプロジェクタｐ１からの光をＰ偏光に統一する偏光変換素子ｑ１を配置し、後レンズ群ｇＲ２からＳ偏光が射出するようにビデオプロジェクタｐ２からの光をＳ偏光に統一する偏光変換素子ｑ２を配置すればよい。なお、２つの半円像が１つの円像として繋ぎ合わされて結像するように、前レンズ群と後レンズ群との間で２つの半円像の光路を合成する画像合成手段として、偏光分離特性を有する他の光学素子を偏光ビームスプリッターｓｐの代わりに用いてもよく、光量を所定の割合で反射光と透過光とに分割するハーフミラーを用いてもよい。
【００６４】
上述したように、第３のタイプのデジタル式プラネタリウム装置１０は、２台のビデオプロジェクタｐ１，ｐ２から成りそれぞれの内部の表示素子ｄ１ｒ，ｄ１ｇ，ｄ１ｂ；ｄ２ｒ，ｄ２ｇ，ｄ２ｂに半円像を生成する原像生成手段と、拡大側から順に前レンズ群ｇＦ及び後レンズ群ｇＲ１，ｇＲ２から成り原像生成手段で生成された２つの半円像を投射する魚眼レンズと、２つの半円像が１つの円像として繋ぎ合わされて結像するように、前レンズ群ｇＦと後レンズ群ｇＲ１，ｇＲ２との間で２つの半円像の光路を合成する画像合成手段と、を有することに特徴がある。この構成によると、原像生成手段において例えばアスペクト比＝１６：９のビデオプロジェクタ２台(ｐ１，ｐ２)のそれぞれで半円像が生成され、その２つの半円像が魚眼レンズにより投射される。魚眼レンズを構成する前レンズ群ｇＦと後レンズ群ｇＲ１，ｇＲ２との間では、画像合成手段により２つの半円像の光路が合成され、それによって２つの半円像が１つの円像として繋ぎ合わされて結像する。その際、円像を構成する各半円像は、例えば、等距離射影等の射影方式を採用した魚眼レンズにより、ドーム全天に適した映像に変換されてドームスクリーン１(図１)上に投射される。２台のビデオプロジェクタｐ１，ｐ２を使用する構成であるため、高解像度化が可能となり、それぞれの表示素子ｄ１ｒ，ｄ１ｇ，ｄ１ｂ；ｄ２ｒ，ｄ２ｇ，ｄ２ｂに半円像が生成されるため、使用するビデオプロジェクタｐ１，ｐ２のアスペクト比が１６：９であっても非投映領域は低減される。また、一方のビデオプロジェクタの輝度を基準にして他方のビデオプロジェクタの輝度を合わせ込むことができるので、輝度調整を容易に行うことができる。
【００６５】
第１〜第３のいずれのタイプの光学構成を採用した場合でも、投映方式が単眼式でありながら高解像度化を達成することが可能であり、しかもビデオプロジェクタで生成される画像領域を増やして画像表示面(例えば、アスペクト比＝１６：９)を有効活用することが可能である。魚眼レンズが１個で済むため、低コスト化にも寄与することができる。第１又は第２のタイプの光学構成では中間像(円像ＩＭ)前までの光学系とそれ以降の魚眼レンズを構成する光学系とを個別化することができ、第３のタイプの光学構成では前レンズ群と後レンズ群とを個別化することができるので、ビデオプロジェクタの種類が互いに異なっても柔軟な設計変更が可能であり、更なるコスト低減が可能である。また、ビデオプロジェクタの調整作業に関しても、２台のビデオプロジェクタについてのみ調整を行えば済む。つまり、従来の分割投映方式のデジタル式プラネタリウムでは１台のビデオプロジェクタを基準にして複数台のビデオプロジェクタを調整する必要があったが、一方のビデオプロジェクタの輝度や映像を基準にして、他方のビデオプロジェクタを調整するだけでよいため、煩雑な調整作業は必要ない。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】デジタル式プラネタリウム全体の概略構成例を示す模式図。
【図２】図１中のデジタル式プラネタリウム装置の制御構成例を示すブロック図。
【図３】第１のタイプのデジタル式プラネタリウム装置の概略光学構成を示す図。
【図４】図３中の１台のビデオプロジェクタの原板イメージを示す図。
【図５】第１の実施の形態の光学構成図。
【図６】第２の実施の形態の光学構成図。
【図７】第３の実施の形態の光学構成図。
【図８】第２のタイプのデジタル式プラネタリウム装置の概略光学構成を示す図。
【図９】第４の実施の形態の光学構成図。
【図１０】第５の実施の形態の光学構成図。
【図１１】第６の実施の形態の光学構成図。
【図１２】第３のタイプのデジタル式プラネタリウム装置の概略光学構成を示す図。
【図１３】ＴＩＲプリズムの単板式システム構成例を示す図。
【図１４】第３の実施の形態においてプリズムからビデオプロジェクタまでを魚眼レンズ側に少しだけシフトさせたときの光路変化を示す光学構成図。
【図１５】図１４中のＴ部の拡大図。
【符号の説明】
【００６７】
１ ドームスクリーン
２ 再生部
３ 投映部
３ａ，３ｂ リレーレンズ部(中間像生成手段)
４ 魚眼レンズ部(魚眼レンズ)
１０ プラネタリウム装置
ＩＭ 円像
ＩＡ，ＩＢ 半円像
ＰＡ，ＰＢ ビデオプロジェクタ(原像生成手段)
ＤＡ，ＤＢ 表示素子(原像生成手段)
ＧＡ，ＧＢ プリズム(原像生成手段)
ＲＡ，ＲＢ リレーレンズ(第１，第２のリレーレンズ；中間像生成手段)
ＦＬ フィールドレンズ(中間像生成手段)
ＰＲ プリズム(中間像生成手段)
ＭＲ ミラー(中間像生成手段)
ＧＬ 魚眼レンズ
ｐ１，ｐ２ ビデオプロジェクタ(原像生成手段)
ｄ１ｒ，ｄ１ｇ，ｄ１ｂ；ｄ２ｒ，ｄ２ｇ，ｄ２ｂ 表示素子(原像生成手段)
ｃｘ１，ｃｘ２ クロスダイクロイックプリズム(原像生成手段)
ｑ１，ｑ２ 偏光変換素子(第１，第２の偏光変換素子)
ｓｐ 偏光ビームスプリッター(画像合成手段)
ｇＦ 前レンズ群(魚眼レンズ)
ｇＲ１，ｇＲ２ 後レンズ群(第１，第２の後レンズ群；魚眼レンズ)
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２台のビデオプロジェクタから成りそれぞれの内部の表示素子に半円像を生成する原像生成手段と、前記原像生成手段で生成された２つの半円像を光学的に結像させて円像を生成する中間像生成手段と、前記中間像生成手段により生成された円像を投射する魚眼レンズと、を有することを特徴とするデジタル式プラネタリウム装置。
【請求項２】
前記中間像生成手段が、一方のビデオプロジェクタ内部の表示素子で生成された半円像を光学的に結像させる第１のリレーレンズと、他方のビデオプロジェクタ内部の表示素子で生成された半円像を光学的に結像させる第２のリレーレンズと、を含み、各リレーレンズの光軸が各表示素子の中心からシフトしていることを特徴とする請求項１記載のデジタル式プラネタリウム装置。
【請求項３】
前記第１，第２のリレーレンズの光軸と前記魚眼レンズの光軸とが一致していることを特徴とする請求項２記載のデジタル式プラネタリウム装置。
【請求項４】
前記中間像生成手段が、一方のビデオプロジェクタ内部の表示素子で生成された半円像を光学的に結像させる第１のリレーレンズと、他方のビデオプロジェクタ内部の表示素子で生成された半円像を光学的に結像させる第２のリレーレンズと、を含み、各リレーレンズの光軸と各表示素子の中心とが一致していることを特徴とする請求項１記載のデジタル式プラネタリウム装置。
【請求項５】
前記中間像生成手段が、第１のリレーレンズにより形成される半円像と第２のリレーレンズにより形成される半円像とが平面状に合成されるように、それぞれのビデオプロジェクタ内部の表示素子を各リレーレンズの光軸に対し傾斜させることを特徴とする請求項４記載のデジタル式プラネタリウム装置。
【請求項６】
前記中間像生成手段が、前記第１，第２のリレーレンズによる半円像の結像位置又はその近傍にフィールドレンズ，ミラー又はプリズムを有することを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載のデジタル式プラネタリウム装置。
【請求項７】
前記魚眼レンズが円像側に略テレセントリックであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のデジタル式プラネタリウム装置。
【請求項８】
前記第１，第２のリレーレンズが中間像側に略テレセントリックであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のデジタル式プラネタリウム装置。
【請求項９】
２台のビデオプロジェクタから成りそれぞれの内部の表示素子に半円像を生成する原像生成手段と、拡大側から順に前レンズ群及び後レンズ群から成り前記原像生成手段で生成された２つの半円像を投射する魚眼レンズと、前記２つの半円像が１つの円像として繋ぎ合わされて結像するように、前記前レンズ群と後レンズ群との間で前記２つの半円像の光路を合成する画像合成手段と、を有することを特徴とするデジタル式プラネタリウム装置。
【請求項１０】
前記画像合成手段が偏光ビームスプリッターであり、前記後レンズ群が一方のビデオプロジェクタ側に位置する第１の後レンズ群と他方のビデオプロジェクタ側に位置する第２の後レンズ群とから成り、第１の後レンズ群からＰ偏光が射出するように一方のビデオプロジェクタからの光をＰ偏光に統一する第１の偏光変換素子と、第２の後レンズ群からＳ偏光が射出するように他方のビデオプロジェクタからの光をＳ偏光に統一する第２の偏光変換素子と、を更に有することを特徴とする請求項９記載のデジタル式プラネタリウム装置。
【請求項１１】
２台のビデオプロジェクタから成りそれぞれの内部の表示素子に半円像を生成する原像生成手段と、前記原像生成手段で生成された２つの半円像を光学的に結像させて円像を生成する中間像生成手段と、前記中間像生成手段により生成された円像をドームスクリーンに投射する魚眼レンズと、を有することを特徴とするドーム映像装置。
【請求項１２】
２台のビデオプロジェクタから成りそれぞれの内部の表示素子に半円像を生成する原像生成手段と、拡大側から順に前レンズ群及び後レンズ群から成り前記原像生成手段で生成された２つの半円像をドームスクリーンに投射する魚眼レンズと、前記２つの半円像が１つの円像として繋ぎ合わされて結像するように、前記前レンズ群と後レンズ群との間で前記２つの半円像の光路を合成する画像合成手段と、を有することを特徴とするドーム映像装置。
【請求項１】
２台のビデオプロジェクタから成りそれぞれの内部の表示素子に半円像を生成する原像生成手段と、前記原像生成手段で生成された２つの半円像を光学的に結像させて円像を生成する中間像生成手段と、前記中間像生成手段により生成された円像を投射する魚眼レンズと、を有することを特徴とするデジタル式プラネタリウム装置。
【請求項２】
前記中間像生成手段が、一方のビデオプロジェクタ内部の表示素子で生成された半円像を光学的に結像させる第１のリレーレンズと、他方のビデオプロジェクタ内部の表示素子で生成された半円像を光学的に結像させる第２のリレーレンズと、を含み、各リレーレンズの光軸が各表示素子の中心からシフトしていることを特徴とする請求項１記載のデジタル式プラネタリウム装置。
【請求項３】
前記第１，第２のリレーレンズの光軸と前記魚眼レンズの光軸とが一致していることを特徴とする請求項２記載のデジタル式プラネタリウム装置。
【請求項４】
前記中間像生成手段が、一方のビデオプロジェクタ内部の表示素子で生成された半円像を光学的に結像させる第１のリレーレンズと、他方のビデオプロジェクタ内部の表示素子で生成された半円像を光学的に結像させる第２のリレーレンズと、を含み、各リレーレンズの光軸と各表示素子の中心とが一致していることを特徴とする請求項１記載のデジタル式プラネタリウム装置。
【請求項５】
前記中間像生成手段が、第１のリレーレンズにより形成される半円像と第２のリレーレンズにより形成される半円像とが平面状に合成されるように、それぞれのビデオプロジェクタ内部の表示素子を各リレーレンズの光軸に対し傾斜させることを特徴とする請求項４記載のデジタル式プラネタリウム装置。
【請求項６】
前記中間像生成手段が、前記第１，第２のリレーレンズによる半円像の結像位置又はその近傍にフィールドレンズ，ミラー又はプリズムを有することを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載のデジタル式プラネタリウム装置。
【請求項７】
前記魚眼レンズが円像側に略テレセントリックであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のデジタル式プラネタリウム装置。
【請求項８】
前記第１，第２のリレーレンズが中間像側に略テレセントリックであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のデジタル式プラネタリウム装置。
【請求項９】
２台のビデオプロジェクタから成りそれぞれの内部の表示素子に半円像を生成する原像生成手段と、拡大側から順に前レンズ群及び後レンズ群から成り前記原像生成手段で生成された２つの半円像を投射する魚眼レンズと、前記２つの半円像が１つの円像として繋ぎ合わされて結像するように、前記前レンズ群と後レンズ群との間で前記２つの半円像の光路を合成する画像合成手段と、を有することを特徴とするデジタル式プラネタリウム装置。
【請求項１０】
前記画像合成手段が偏光ビームスプリッターであり、前記後レンズ群が一方のビデオプロジェクタ側に位置する第１の後レンズ群と他方のビデオプロジェクタ側に位置する第２の後レンズ群とから成り、第１の後レンズ群からＰ偏光が射出するように一方のビデオプロジェクタからの光をＰ偏光に統一する第１の偏光変換素子と、第２の後レンズ群からＳ偏光が射出するように他方のビデオプロジェクタからの光をＳ偏光に統一する第２の偏光変換素子と、を更に有することを特徴とする請求項９記載のデジタル式プラネタリウム装置。
【請求項１１】
２台のビデオプロジェクタから成りそれぞれの内部の表示素子に半円像を生成する原像生成手段と、前記原像生成手段で生成された２つの半円像を光学的に結像させて円像を生成する中間像生成手段と、前記中間像生成手段により生成された円像をドームスクリーンに投射する魚眼レンズと、を有することを特徴とするドーム映像装置。
【請求項１２】
２台のビデオプロジェクタから成りそれぞれの内部の表示素子に半円像を生成する原像生成手段と、拡大側から順に前レンズ群及び後レンズ群から成り前記原像生成手段で生成された２つの半円像をドームスクリーンに投射する魚眼レンズと、前記２つの半円像が１つの円像として繋ぎ合わされて結像するように、前記前レンズ群と後レンズ群との間で前記２つの半円像の光路を合成する画像合成手段と、を有することを特徴とするドーム映像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００７−１８７６９５（Ｐ２００７−１８７６９５Ａ）
【公開日】平成１９年７月２６日（２００７．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３１９４（Ｐ２００６−３１９４）
【出願日】平成１８年１月１１日（２００６．１．１１）
【出願人】（５９５０８６４１０）コニカミノルタプラネタリウム株式会社 (13)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月２６日（２００７．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月１１日（２００６．１．１１）
【出願人】（５９５０８６４１０）コニカミノルタプラネタリウム株式会社 (13)
【Ｆターム（参考）】
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