DE1572905B2 - Projektor zur plastischen darstellung umlaufender rotationskoerper - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Projektor zur plastischen Darstellung rotierender, insbesondere kugelförmiger Rotationskörper durch Bildwurf.

Für das wichtigste Anwendungsgebiet solcher Projektoren, nämlich Projektionsplanetarien, in welchen einzelne Himmelskörper in großem Maßstab gezeigt werden sollen, ist für eine möglichst wirklichkeitsgetreue Demonstration der Veränderung der Rotationsgeschwindigkeit eines Himmelskörpers insbesondere eine variable Vorführgeschwindigkeit und die Vermittlung eines plastischen Eindrucks des Himmelskörpers erforderlich.

Es sind Laufbildprojektoren mit veränderlicher Vorführgeschwindigkeit für Filmstreifen mit Aufnahmen rotierender Modellkugeln bekannt. Der Regelbereich dieser bekannten Projektoren ist aber sehr beschränkt. Geschwindigkeitserhöhungen sind durch die mechanische Beanspruchung des Filmes und der Schaltelemente begrenzt, die untere Grenze der Geschwindigkeitsvariation wird durch die Verschmelzungsfrequenz gegeben. Mit einem derart kleinen Regelbereich ist es nicht möglich, die Bewegung eines Himmelskörpers im Planetarium so zu zeigen, daß sie zur Simulation von Raumflügen dienen kann. Auch der plastische Eindruck der in bekannter Weise vorgeführten Bilder läßt sehr zu wünschen übrig.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen diaskopischen Projektor zur vorzugsweisen Projektion von Himmelskörpern im Planetarium zu schaffen, der es erlaubt, im Planetarium die Bewegung eines Himmelskörpers, beispielsweise der Erde,

ίο mit der Bewegung der Fixsternsphäre so synchronisiert zu zeigen, wie sie der Astronaut aus einer Raumkapsel sieht. Die Aufgabe beinhaltet eine stufenlose Regelung der Rotationsgeschwindigkeit bis zum Stillstand. Zur Simulation einer Rollbewegung der Raumkapsel ist weiterhin eine Synchronisierung der Bilddrehung mit dem Planetariumsinstrument in zwei Achsen nötig und Aufgabe der Erfindung.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Kombination eines kontinuierlich, zweckmäßig mit regelbarer Geschwindigkeit bewegten Bildträgers, enthaltend eine in Art einer Merkator-Projektion abgewickelt dargestellte Abbildung der Rotationskörperoberfläche (Globus), mit einem Projektionsobjektiv mit — gegen die Lichtrichtung gerechnet — stark kissenförmiger Verzeichnung sowie einer möglichst nahe der Bildträgerebene angeordneten, dem äußeren Umfang des dargestellten Bildes nachgeformten Gesichtsfeldblende.
Zur Erzielung einer der gestellten Aufgabe genügenden kissenförmigen Verzeichnung verwendet man mit Vorteil ein Objektiv, das aus zwei zur eingeschlossenen Blende unsymmetrischen Teilen zusammengesetzt ist, welche mindestens je ein meniskenförmiges Glied mit zur Blende hin konkav gekrümmten Außenflächen aufweisen.

Zweckmäßigerweise kann das Objektiv auch aus mindestens zwei nur vor der Blende stehenden Gliedern zusammengesetzt sein, deren Außenflächen zur Blende hin konkav gekrümmt sind.

Zur Anpassung der Winkelgeschwindigkeit des Himmelskörpers an die der Fixsterne ist es vorteilhaft, daß ein Übersetzungsgetriebe sowie Synchronisationsmittel zur Anpassung eines erfindungsgemäßen Projektors an die Antriebsgeschwindigkeit eines anderen Projektors, beispielsweise des Fixsternprojektors im Planetarium, vorgesehen ist.

Um einem im ruhenden Planetarium sitzenden Beobachter den Eindruck zu vermitteln, den ein Astronaut bei einer Rollbewegung seiner Raumkapsel um ihre Bahntangente empfängt, soll sich das rotierende Bild des dargestellten Himmelskörpers zusätzlich synchron mit der Bewegung der Fixsternsphäre um die scheinbare Rotationsachse der gedachten Raumkapsel drehen. Vorteilhafterweise wird dies dadurch erreicht, daß entweder der gesamte Projektor oder doch der das Objektiv und den Bildträgertransport enthaltende Teil um die optische Achse des Projektionsobjektivs drehbar angeordnet ist.
Ändert sich auf einer Flugbahn die Entfernung zwischen Raumkapsel und Himmelskörper sehr stark, so ist es zweckmäßig, den Abbildungsmaßstab mittels einer pankratischen Einrichtung zu verändern.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß bei einer Planetariumsvorführung eines Raumfluges genau der Eindruck entsteht, der sich einem Astronauten in einer Weltraumkapsel bietet. Außerdem ist die Wirkung des mit dem erfindungsgemäßen Projektor projizierten Bildes so

überaus plastisch, daß sich derartige Projektoren auch zu anderen Zwecken, beispielsweise zur Außenwerbung, eignen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 die schematische Darstellung eines kugelförmigen Körpers, dessen äußere Umfangslinie der Äquator Ä ist,

F i g. 2 eine gegenüber der Darstellung nach F i g. 1 um 90° gedrehte Parallelprojektion,

F i g. 3 das dem Auge erscheinende Bild des kugelförmigen Körpers nach F i g. 2, wenn der Beobachter näher an die Kugel heranrückt,

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel eines Projektors im Teilschnitt,

F i g. 5 und 6 die schematische Darstellung von erfindungsgemäßen Objektivtypen.

In der Fig. 1 ist dem ÄquatorÄ eine größere Anzahl von Parallelkreisen P zugeordnet. Der gemein-· same Schnittpunkt der Meridianlinie M ist der von der Rotationsachse A durchstoßene eine Pol der so in Parallelprojektion dargestellten Kugel.

F i g. 2 veranschaulicht eine gegenüber der Darstellung nach F i g. 1 um 90° gedrehte Parallelprojektion der gleichen Kugel, bei welcher die Rotationsachse A -A in der Zeichenebene liegt, der Äquator Ä als größter Durchmesser neben den als gerade Linien erscheinenden Parallelkreisen P ist. Die Meridianlinien M haben die Form von Ellipsenbögen. Die dargestellten Parallelkreise sind so gewählt, daß die Schnittpunkte benachbarter Parallelkreise mit jedem Meridian vom Kugelmittelpunkt aus unter stets dem gleichen Winkel φ₁ erscheinen. Ähnlich sind die Meridianlinien so gewählt, daß sie, wie aus F i g. 1 ersichtlich, gleiche Winkel φ₂ miteinander einschließen, die jedoch in keiner besonderen Beziehung zu den Winkeln φ₁ zu stehen brauchen.

Die Parallelprojektionen der Fig.l und 2 entsprechen dem vom Auge aus verhältnismäßig großen Abstand wahrgenommenen Eindruck, bei welchem exakt die halbe Kugelpberfläche erfaßt wird.

Rückt der Beobachter näher an die Kugel, so wird vom Auge weniger als eine Halbkugel erfaßt. Ein Beispiel ist in F i g. 3 gezeigt. Die Durchstoßungspunkte D der Rotationsachse A-A, also die Pole der Kugel, sind dann nicht mehr zu sehen; Parallelkreise und Meridiane werden zu Ellipsenbögen.

In F i g. 3 ist angedeutet, wie die durch Parallelkreise und Meridianlinien unterteilte Oberfläche der Kugel in Art einer Merkator-Projektion auf ein rechtwinkliges Netz abgewickelt ist. Wird diese Darstellung auf einem bandförmigen Bildträger, beispielsweise einem unendlichen Filmband, kontinuierlich vor einer Bildfeldblende, entsprechend der kreisförmigen Begrenzung der sichtbaren Halbkugel, in Pfeilrichtung vorbeigezogen und durch ein Projektionsobjektiv mit stark kissenförmiger Verzeichnung — gegen die Lichtrichtung gerechnet — projiziert, so erhält man den zwingenden Eindruck eines von der Projektionswand völlig gelösten plastischen Kugelkörpers mit seinen Parallelkreisen und Meridianlinien. Macht man beispielsweise die Winkel φ_χ und φ₂ gleich große, so ergibt sich, wie etwa in F i g. 3 dargestellt, ein quadratisches Netz. Es spielt dabei keine Rolle, daß sich exakt zugleich sämtliche Ellipsenbögen nicht in Geraden darstellen lassen, denn es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß durch bloße Verwendung von Spezialobjektiven mit stark kissenförmiger Verzeichnung ein solcher Grad der Näherung erreichbar ist, daß der beschriebene Eindruck entsteht.

Die zu verwendenden Projektionsobjektive können verschiedene Bauformen aufweisen. Als besonders wirkungsvoll haben sich Projektionsobjektive erwiesen, welche aus zwei zur eingeschlossenen Blende unsymmetrischen Teilen zusammengesetzt sind, die aus mindestens je einem meniskusförmigen Glied mit zur Blende hin konkav gekrümmten Außenflächen bestehen. Jedoch ist es z. B. auch möglich, sämtliche Glieder mit zur Blende hin konkaven Außenflächen vor derselben anzuordnen.

F i g. 4 veranschaulicht im Teilschnitt ein Ausführungsbeispiel eines Projektors nach der Erfindung. Der Lichtquelle 1 nachgeordnet ist ein Doppelkondensor 2 mit großem Beleuchtungswinkel. Der bandförmige Bildträger 3 wird über ein regelbares Getriebe 5 bis 7 und Rollen 4, 8 und 9 kontinuierlich zwischen dem Kondensor und der dem sichtbaren Umfang des projizierten Bildes nachgeformten Bildfeldblende 10 hindurchgezogen.

Das schematisch dargestellte Projektionsobjektiv besteht, gegen die Lichtrichtung gerechnet, aus den unsymmetrisch zur Blende B angeordneten dicken sammelnden Menisken I, II und III, deren Außenflächen zum Blendenraum hin konkav gewölbt sind und die in mehrere Elemente aufgespalten sein können.

Der Antriebsmotor für den bandförmigen Bildträger kann mit dem Getrieberad 5 unmittelbar verbunden sein. Der den Bildträgertransport und das Projektionsobjektiv tragende Projektorteil 11 ist um die optische Achse des Projektionsobjektivs drehbar angeordnet und an ein Ritzel 12 eines Getriebemotors 13 ankuppelbar.

Die F i g. 5 und 6 zeigen zwei weitere Ausführungsformen von Objektiven mit stark kissenförmiger Verzeichnung, gegen Lichtrichtung gerechnet.

Der in F i g. 5 schematisch dargestellte Objektivtyp ist ähnlich aufgebaut wie der in der Gesamtansicht der F i g. 4 gezeigte. Der — gegen die Lichtrichtung gerechnet — erste dicke Meniskus I ist in zwei Elemente aufgespalten, und zwar in ein plankonvexes sammelndes Element I α und ein mit planparallelem Luftspalt von ihm getrenntes zerstreuendes plankonkaves Element I b. Dieses ist mit einem dicken sammelnden Meniskus Ic verkittet. Die Kittfläche schließt einen Zentriwinkel von etwa 130° ein, ist also stark gekrümmt. In Richtung auf die Blende B folgt mit Luftabstand ein weiterer dicker Meniskus, der aus einem stark sammelnden Element II α und, damit verkittet, einem der Blende zugekehrten zerstreuenden Meniskus II b besteht. Auf der anderen Seite der Blende befindet sich ein schwach sammelnder Meniskus III. Dieser kann jedoch auch entfallen, ohne daß es im übrigen einer typenmäßigen Änderung bedarf.

Der in Fig. 6 dargestellte Objektivtyp ist nicht so extrem unsymmetrisch wie der in der F i g. 5 gezeigte. Er enthält, gegen die Lichtrichtung gerechnet, als erstes Glied die nahezu symmetrisch gewölbte bikonvexe Frontlinse I, welcher ein sammelnder Meniskus II und, mit geringem Luftspalt, eine dicke plankonkave Linse III folgt. Dieselbe kehrt ihre konkave Fläche der Blende B zu. Jenseits des verhältnismäßig großen Blendenraumes folgen eine dicke plankonvexe

Linse IV, darauf ein dicker, schwach zerstreuender Meniskus V und ein stark zerstreuender Meniskus VI, dessen schwächer gekrümmte Fläche der Lichtquelle zugekehrt ist.

Bei derartigen verzeichnenden Objektiven, wie den gezeigten, kommt es auf die exakte Einhaltung festgelegter optischer Daten entscheidend nicht an. Die Korrektion etwa auftretender Bildfehler bereitet dem Fachmann bei solchen Objektiven keine grundsätzlichen Schwierigkeiten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Projektor zur plastischen Darstellung rotierender, insbesondere kugelförmiger Rotationskörper durch Bildwurf, gekennzeichnet durch die Kombination eines kontinuierlich, zweckmäßig mit regelbarer Geschwindigkeit bewegten Bildträgers, enthaltend eine in Art einer Merkator-Projektion abgewickelt dargestellte Abbildung der Rotationskörperoberfläche (Globus), mit einem Projektionsobjektiv mit — gegen die Lichtrichtung gerechnet — stark kissenförmiger Verzeichnung sowie einer möglichst nahe der Bildträgerebene angeordneten, dem äußersten Umfang des dargestellten Bildes nachgeformten Gesichtsfeldblende.

2. Projektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv aus zwei zur eingeschlossenen Blende unsymmetrischen Teilen zusammengesetzt ist, welche mindestens je ein meniskusförmiges Glied mit zur Blende hin konkav gekrümmten Außenflächen aufweisen.

3. Projektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv aus mindestens zwei nur vor der Blende stehenden Gliedern zusammengesetzt ist, deren Außenflächen zur Blende hin konkav gekrümmt sind.

4. Projektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Übersetzungsgetriebe sowie Sychronisationsmittel zur Anpassung an die Antriebsgeschwindigkeit eines anderen Projektors (Fixsternprojektor) vorgesehen sind.

5. Projektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Projektor oder doch der das Objektiv und den Bildträgertransport enthaltende Teil um die optische Achse des Projektionsobjektivs drehbar angeordnet ist.