DD153933A1

DD153933A1 - Optisches system zur diaprojektion

Info

Publication number: DD153933A1
Application number: DD80224866A
Authority: DD
Inventors: Ludwig Meier; Gebhard Kuehn; Klaus-Dieter Scharf
Original assignee: Ludwig Meier; Gebhard Kuehn; Scharf Klaus Dieter
Priority date: 1980-10-31
Filing date: 1980-10-31
Publication date: 1982-02-10
Also published as: JPS6054654B2; DE3125139A1; US4466717A; JPS5781229A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches System zur Diaprojektion, insbesondere fuer Sternprojektoren bei Planetarien, mit dem Ziel, den Anteil des Lichtes zur Projektion zu erhoehen. Die Aufgabe besteht darin, durch Anwendung von Resonatorprinzipien eine Erhoehung der Helligkeit und Brillanz des Bildes und eine verminderte Erwaermung des Geraetes zu erreichen. Das optische System umfasst Lichtquellen, Kondensoren, die das Lampenwendel abbilden, und das Original projizierende Objektive. Zwischen Kondensor und Objektiv ist ein Resonator hoher Transparenz vorgesehen, der hochreflektierende und/oder totalreflektierende Begrenzungsflaechen besitzt. Die dem Kondensor zugewandte Begrenzungsflaeche besitzt eine Lichteintrittsoeffnung, in der d. Lampenwendel oder das Bild des Lampenwendels liegt. Die dieser Begrenzungsflaeche gegenueberliegende Begrenzungsflaeche umfasst vorzugsweise das zu projizierende Original. Der Resonator ist als Glas- oder Hohlkoerper mit kreis-, ellipsenfoermigem oder vieleckigem Querschnitt oder als Polyeder, Hohlpolyeder oder Kugel ausgebildet. Projektionseinrichtungen, insbesondere fuer Planetarien und zur Diaprojektion.

Description

-A-

£ Optisches System zur Diaprojektion

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein optisches System zur Diaprojektion, insbesondere ein System zur Helligkeitssteigerung bei Projektoren zur Stemprojektion bei Planetarien und ähnlichen Geräten·

Charakteristik^: der bekannten technischen Lösungen

Aus dem Buch von Letsch "Das Zeiss-Planetarium", Gustav Fischer Verlag Jena 1955» dem Sonderdruck "Bild der Wi ssenschaft", Deutsche Verlagsanstalt Stuttgart 1977» und der "Jenaer Rundschau" (1967), Heft 3, Seiten 177 bis 181 und (1968), Heft 6, Seiten 345 bis 349 ist es im Planetarienbau bekannt, zur Projektion der Fixsterne die Projektoren an Hohlkugeln vorzusehen. Eine zentral in jeder Hohlkugel angeordnete Lichtquelle versorgt sämtliche Projektoren mit Licht. Dabei ist jeder Projektor mit einem Dia versehen, dessen Bildinhalt aus kleinen durchlässigen Gebieten in absorbierendem Material besteht entsprechend den su pr-ojizierenden Sternen des betreffenden Sternfeldes.

Diese Dias werden von der Lichtquelle über zugeordnete Kondensoren beleuchtet und das durch die Löcher hindurchtretende Licht durch jeweils ein Objektiv an die Innenseite der Kuppel projiziert«

Generell alls Projektionen, bei denen aufgrund des BiId-? inhaltes in Original nur ein geringer Anteil des Lichtes

3652

zur Abbildung benutzt wird, wie es bei den meisten projizierten Objekten in Planetarien der Fall ist, haben den Nachteil $ daß der größte Teil des von der Lampe erzeugten Lichtes letzten Endes in unerwünschte Wärme umgewandeltwird* Zur Verbesserung der Brillanz und Helligkeit der projizieren Bilder der Sterne war es notwendig, die Lichtquellen Ieistungsstärker auszulegen, was v;iederuta zu einer stärkeren V/ärmeentwicklimg führte*

Zur Helligkeitssteigerung v/erden auch Gasentladungslampe) pen verwendet, die jedoch aufwendige motorgetriebene Blendenmechanistaen an allen Objektiven erforderlich machen·

Zur Darstellung der hellsten Sterne werden bei verschiedenen Planetarien auch individuelle Projektionssysteme, teilweise auch mit eigener Lichtquelle, verwendet«

Ziel der Erfindung

Es ist deshalb Zweck der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und den Anteil des Lieh» tes zur Projektion zu erhöhen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Anwendung von Resonatorprinzipien bei der Diaprojektion in Planetarien und ähnlichen Geräten eine Helligkeitssteigerung, eine Erhöhung der Brillanz des Bildes und eine Verniinderung der.Erwärmung des Gerätes zu erreichen·

Erfindungsgetaäß wird diese Aufgabe bei einem optischen System, zur Diaprojektion mit einer oder mehreren Lichtquellen $ einea oder mehreren Kondensoren und einem oder mehreren Objektiver! dadurch gelöst, daß ein Resonator

3652

hoher Transparenz vorgesehen ist, welcher zwischen Kondensor und Objektiv im Strahlengang angeordnet ist und welcher hochreflektierende und/oder totalreflektierende .Begrenzungsflächen besitzt, von denen die dem Kondensor zugewandte erste Begrensungsfläche eine Lichteintrittsöffnung besitzt, in welcher das Bild des Lampenv/endels oder auch das Wendel selbst liegt, und die dieser ersten Begrenzungsfläche gegenüberliegende zweite Begrenzungsfläche vorzugsweise das zu projizierende Original um- faßt.

Dabei ist es vorteilhaft, daß der Resonator ein Glaskörper ciit kreis-, ellipsenförraigem oder vieleokigetn Querschnitt ist, dessen Mantelflächen totalreflektierend sind und dessen kreis-, ellipsenförmige oder vieieckige Begrensungsflachen mit einem hochreflektierenaen Belag versehen ist.

Weiterhin ist es vorteilhaft, daß der Resonator ein Polyeder oder eine Kugel mit hochreflektierenden oder totalreflektierenden Innenflächen ist·

Eine Ausführungsforni der Erfindung besteht darin, daß der Resonator ein Hohlkörper ist, dessen der Lichtquelle zugeviandte Begrenzungsfläche hochreflektierend ist und eine Lichteintrittsöffnung umfaßt, wobei dieser Begrenzungsfläche ein erster Kondensor vorgeordnet ist, in dessen hinterer Bildebene die Lichteintrittsöffnung liegt, daß die dieser Begrenzungsfläche gegenüberliegende andere Begrensungsflache das zu projezierende Original umfaßt, Daß im, Resonator vor der anderen Begrenzungsfläche ein zweiterj das in der Lichteintrittsöffnung liegende Lamponv?endelbild nach Unendlich abbildender Kondensor angeordnet ist, und daß die optischen Achsen beider Kondensoren ura einen kleinen Winkel gegeneinander geneigt sind β

3652

Um ein mehrmaliges Ausnutzen des Lichtes zur Beleuchtung des Originals zu erreichen, ist es vorteilhaft, daß in der Ebene der der Lichtquelle zugewandten Begrenzungsfläche ein das Licht um geringe Beträge versetzendes Prismen- oder Spiegelsystem vorgesehen ist.

Der Resonator hat die Form eines gradzahligen Polyeders, dera mehrere Lichtquellen, Kondensoren und Originale zugeordnet sind«

Die Erfindung, die auf der mehrfachen Verwendung des im Resonator reflektierten Lichtes zur Beleuchtung des Originals beruht, gewährleistet eine wesentliche Helligkeitssteigerung, eine Reduzierung der Wärmeentwicklung und/oder die Erhöhung der Natürlichkeit und Brillanz bei der Projektion durch Verringerung der Durchlaßöffnungen·

Ausführune;sbeii3T>iel

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispiolen näher erläutert werden» In der Zeichnung zeigen Fig· 1 ein optisches System, Fig. 2 den Strahlengang im Resonator, Fig· 3 einen Resonator mit Umlenkprisma Fig· K ein optisches System mit Polyederresonator Fig. 5 ein Strahlenutalenksystem im Fokus einer Kondensor-

optik und Fig. 6 eine Draufsicht auf ein Prismenspiegel-System.

Das in Fig* 1 scheuiatisch dargestellte optische System zur Diaprojektion umfaßt eine Lichtquelle 1 und einen Kondensor 2, welcher das Lampenwendel der Lichtquelle 1 in einer Lichteintrittsöffnung 3 eines dem Kondensor 2 nachgeordneten Resonators 4 abbildet· Dieser Resonator 4- ist zwischen dem Kondensor 2 und einem Objektiv 5 angeordnet und besteht vorteilhaft aus einem Glasmaterial hoher

3652

Lichttransparenz. Die Begrenzungsflächen des Resonators sind hochreflektierend und/oder totalreflektierend, wobei die .dem. Kondensor 2 zugewandte, erste Begrenzungsfläche die Lichteintrittsöffnung 3 besitzt, in welcher das Bild des Lampenwendels liegt. Die dieser ersten Begrenzungsfläche 6 gegenüberliegende, zweite Begrenzungsfläche 7 umfaßt vorzugsweise das zu projezierende Original 8 oder ein Dia. Dieses ist insbesondere bei Sternprojektoren . für Planetarien eine dünne hochreflektierende Folie, in die Löcher unterschiedlichen Durchmessers entsprechend den zu projizierenden Sternen eingestanzt sind* Der Übersichtlichkeit halber ist das Original 8 als gestrichelte Linie ein wenig von der z?;eiten Begrenzungsfläche 7 abgshoben dargestellt. In Wirklichkeit liegt sie direkt auf dieser Fläche. Das zu projizierende Original 8 kann auch als eine dünne Schicht direkt auf die Begrenzungsfläche 7 aufgedampft sein. .

Der Resonator 4 selbst ist ein Glaskörper, welcher einen kreisförmigen, ellipsenförniigen oder vieleckigen Quer— schnitt besitzt. Seine Mantelflächen 9 sind poliert und totalreflektierend und die Begrenzungsflächen 6 und 7 sind mit eines hochreflektierenden dielektrischen Belag versehen, welcher auf der ersten Begrenzungsfläche 6 le-r· diglich durch die Lichteintrittsöffnung 3 und auf der zweiten Begrenzungsfläche 7 durch die Löcher durchbrochen ist.

In Fig. 2 ist der Strahlenverlauf innerhalb des Resonators 4 dargestellt. Das von dein Bild des Lampenwendels in der Eintrittsöffnung 3 ausgehende Strahlenbündel beleuchtet die Fläche des Originals 8. Das nicht auf Löcher im Original 8 treffende Licht wird von diesem oder von der Eegrenaungsflache 7 zurückgeworfen. Ein Strahl,

3652

der unter einer bestimmten Neigung zur optischen Achse in den Resonator 4· eintritt, behält seine Neigung bei, α© h* er fällt stets steil auf die hochreflektierenden Begrenzungsflächen 6 und 7 "und stets flach^auf die totalreflektierenden Mantelflächen 9. Damit wird ein hoher Anteil des am Original 8 oder an der Begrenzungsflache 7 reflektierten Lichtes mehrmals erneut zum Original 8 zurückgeführt« Die Reflexionen der Lichtstrahlen werden dadurch beendet, daß sie wieder in die Licht eintrittsöffnung 3 treffen.

Wenn bisher bei den herkömmlichen Projektoren für die Beleuchtung des Originals 8 die Intensität I₀ zur Ver~ fügung stand, so bringt die Verwendung eines Resonators im Strahlengang eine Lichtintensität I

wobei ρ der Faktor für die Reduzierung der Intensität zwischen dein m-ten und dem (m + 1)-ten Auftreffen der Strahlen auf das Original 8 und η die erreichte Anzahl des wiederholten Auftreffens des Lichtes auf das Original 8 sind« So ergibt sich zJ3.fürdie Verwendung des Resonators 4 für ρ = 0,9 "und η = 30 für die Intensität I der Wert I = 9,6 · I_Q·

η ist dabei abhängig vom Verhältnis des Durchmessers der Lichteintrittsöffnung 3 zum Durchmesser des Resonators 4· und ρ von der Transparenz des Resonatormaterials, von den Reflexionskoeffizienten an den Begrenzungsflächen und 7 und vom Koeffizienten für die Totalreflexion an der Mantelfläche 9«

In Eigo 3 ist ein Resonator 4 dargestellt, an dessen, die Lichteintrittsöffnung 3 umfassenden Begrenzungsfläche 6 ein Umlenkprisma 11 angeordnet ist· 36^U2

Die Anordnung der Projektoren um einen Resonator 12 ist in Fig· 4 schematisch dargestellt· Sie umfaßt einen Resonator 12, der die Form eines Polyeders mit hochreflektierenden und totalreflektierenden Polyederflächen besitzt. Die eine Hälfte der Polyederflächen 13, 14, 15, 16, die in ihrem Aufbau und in der Wirkung der Begrenzungsfläche 7 in Fig. 1 entsprechen und die auf der den Lichtquellen 17» 18, 19, 20 abgewandten Seite des Resonators 12 liegen, sind hochreflektierend ausgebildet, und auf ihnen befinden sich die Originale 21, 22, 23, 24-, z. B· die Sternplatten· Ihnen in Lichtrichtung nachgeordnetj befinden sich Projektionsobjektive 25,25'; 26,26»; 27,27'i 28,28'.

Die den Polyederflächen 13, 14, 15i 16 gegenüberliegenden Polyederflächen 29, 30, 31, 32, die den Lichtquellen 17, 1S, 19, 20 und den zugeordneten Kondensoren 33, 34·, 35, 36 zugewandt sind, sind ebenfalls hochreflektierend beschichtet und besitzen vorteilhaft in der Mit- -be jeweils eine Lichteintrittsöffnung- 37, 38, 39, 40. Die Wirkungsweise dieses Resonators 12 ist folgende:

Zunächst erfolgt die direkte Beleuchtung der Originale 21, 22, 23, 24. Aber jeder an den Originalen 21, 22, 23, 24 reflektierte Strahl trifft noch mehrmals auf die Originale. Der Resonator kann auch die Gestalt einer Kugel besitzen, oder es. kann zur Vermeidung von Lichtverlusten as Ort der Objektive zusätzlich im Resonator Kondensoroptik eingesetzt werden, z. B· Kondensoren in der Nähe der reflektierenden Originale·

Ebenso können aia beschriebenen Ort der Lampenwendelbilder Lampen entsprechend kleiner Abmessungen selbst angeoi'&net sein· Die Wirkungsweise ist ähnlich-wie in den dargestellten Beispielen.

3652

-β - &£,m mm

Bei dem optischen System nach Pig· 5 ist der Resonator 41 ein Hohlkörper, dessen der Lichtquelle 42 zugewandte Begrenzungsfläche 4-3 hochreflektierend ist und eine Lichteintrittsöffnung 44 umfaßt. Ein erster Kondensor ist zwischen dem Resonator 41 und der Lichtquelle. 42 angeordnet zur Erzeugung eines Wendelbildes in der Lichteintrittsöffnung 44 « Die der Begrenzungsfläche 43 gegenüberliegende Begrenzungsfläche 46 umfaßt das zu profitierende Original 47 § das hochreflektierend ausgebildet ist und vorteilhaft auf der Begrenzungsfläche 46 angeordnet ist· Im Resonator 41 ist, in Lichtrichtung gesehen, vor der Begrenzungsfläche 46 ein Abbildungssystem als zweiter Kondensor 48 angeordnet, der das in der Lichteintrittsöffnung 44 liegende Lampenwendelbild nach unendlich abbildet. Die optischen Achsen 49 und 50 der Kondensoren 45 und 48 bilden untereinander einen kleinen Winkel«, Der ganzen Anordnung ist ein Objektiv 51,51' zur Projektion des Originals 47 nachgeordnet.

Bei der Projektion wird das Original 47 über die beiden Kondensoren 45 und 48 beleuchtet· Das am Original reflektierte Licht erzeugt über die Optik 48 ein wendelzvjischenbild 52, und durch die Reflexion an der verspiegelten Begrenzungsfläche 43, die zur Vermeidung von Vignettierungen gegen die Fläche 46 geringfügig geneigt ist, wird das Original abermals beleuchtet·

Damit dieser Vorgang mehrmals wiederholt werden kann, wird in der Hähe der Ebene 43 ein Spiegel- oder Prislaensystein verwendet, das in der Draufsicht in Fig. 6 dargestellt· ist* In diesem Beispiel gelangt das Licht durch das freie Feld 60 in den Resonator, v^eiter über das System. Kondensor 48 - Original 47 - Kondensor 48 zur reflektierenden Fläche 53^f und von hier über die reflektierende Fläche 53" wieder zum Kondensor 48*

3652

Das Licht durchläuft letztlich in diesem Prismen- oder Spiegelsystem der Reihe nach die Flächen 60, 53', 53", 54·¹» 54", 55^f» 55" usw. bis zu einem Planspiegel 61 und zurück über 59", 59'» 58", 58', 57", 57^% usw. bis zu Feld 60, so daß insgesamt in diesem Beispiel sechzehnmal das Original beleuchtet wird·

Analog zum System nach Fig· 4 kann der Resonator die Form eines geradzahligen, hohlen Polyeders besitzen, dem dann mehrere Lichtquellen, Kondensoren und Originale zugeordnet sind« Bei dieser Ausführung ist dann das Spiegel- oder Prismensystem an den den Lichtquellen zugewandten Begrensungsflächen und die Originale an den diesen Begrensungsflächen gegenüberliegenden Begrenzungsflächen angeordnet· Der Strahlengang zur mehrmaligen Be- leuchtung der Originale verläuft für jedes Original in der Weise, rAe es zu den Figuren 5 und 6 beschrieben wurde·

3652

Claims

1· Optisches System zur Diaprojektion, umfassend eine oder mehrere Lichtquellen, einen oder mehrere, das Larnpenwendel der Lichtquellen abbildende Kondensoren und ein oder mehrere, Originale projezierende Objektive dadurch gekennzeichnet, daß ein Resonator (4; 12; 41) hoher Transparenz vorgesehen ist, welcher zwischen Kondensor (2; 45) und Objektiv (5; 5'; 51; 51') im Strahlengang angeordnet ist und welcher hochreflektierende und/oder totalreflektierende Begrenzungsflächen (6; 7; 43; 46) besitzt, von denen die dem Kondensor (2; 45) zugewandte erste Begrenzungsfläche (6; 43) eine Lichteintrittsöffnung (3; 44) besitzt, in welcher das Bild des Lampenwendels oder auch das Wendel selbst liegt, und die dieser ersten Begrenzungsfläche (6; 43) gegenüberliegende zweite Begrenzungsfläche (7; 46( vorzugsweise das zu proj!zierende Original (8; 47) umfaßt.

2« Optisches System nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator (4) ein Glaskörper mit kreis-, ellipsenförmigetn oder vieleckigea. Querschnitt ist, dessen Mantelflächen (9) totalreflektierend sind und dessen kreis-, ellipsenförmige oder vieleckige Begrenzungsflächen (6; 7) mit einem hochreflektierenden Belag versehen sind©

3· Optisches System nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator (12) ein Polyeder oder eine Kugel mit hochreflektierenden oder totalreflektierenden Innenflächen ist, wobei zusätzlich im Resonator Kondensoroptiken stehen können«

4e Optisches System nach Punkt 1_? dadurch gekennzeichnet» daß der Resonator (41) ein Hohlkörper JSt₁ dessen

3652

der Lichtquelle (42) zugewandte Begrenzungsfläche (43) hochreflektierend ist und eine Lichteintrittsöffnung (44) umfaßt, wobei dieser Begrenzungsflache (43) ein erster Kondensor (45) vorgeordnet ist, in dessen hinterer Bildebene die Lichteintrittsöffnung (44) liegt, daß die dieser Begrenzungsflache (43) gegenüberliegende andere Begrenzungsfläche (46) das zu projezierende Original (47) umfaßt, daß im Resonator (41) vor der anderen Begrenzungsfläche (46) ein zweiter, das in der Lichteintrittsöffnung (4⁴I-) liegende Lampenweiidelbild nach Unendlich abbildender Kondensor (48) angeordnet ist, und daß die optischen Achsen (49; 50) beider Kondensoren (45; 48) um einen kleinen Winkel gegeneinander geneigt sind·

5· Optisches System nach Punkt 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ebene der der Lichtquelle (42) zuge- */späten Begrenzungsfläche (43) ein das Licht um geringe Beträge versetzendes Prismen- oder Spiegelsystem vorgesehen ist·

6« Optisches System nach Punkt 4 und 5» dadurch gekennzeichnet, daB der !Resonator (41) die Eorm eines geradzahligen Polyeders hat, dem mehrere Lichtquellen, Kondensoren und .Originale zugeordnet sind·

22*10.1980

WEk/Sehn

3652