DE2841117A1

DE2841117A1 - Aufnahme- und projektionsverfahren zur projektion von bildern auf einer sphaerischen kuppelprojektionsflaeche sowie film zur durchfuehrung des verfahrens

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Publication number: DE2841117A1
Application number: DE19782841117
Authority: DE
Inventors: Philippe Jaulmes
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-09-21
Filing date: 1978-09-21
Publication date: 1979-03-29
Also published as: IT1100817B; US4464029A; FR2404243A1; FR2404243B1; CA1118249A; GB2004660B; IT7827951A0; GB2004660A

Description

Patentanwäi :e D^: ρ I.-1 η g. Cu rt Wallach

Dipl.-Ing. Günther Koch

A 1 1 17 Dipl.-Phys.Dr.Tino Haibach

Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D -8000 München 2 ■ Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 21. September I978

Unser Zeichen: l6 ~?j6 - Fk/Ne

Philippe Jaulmes
Montpellier / Frankreich

Aufnahme- und Projektionsverfahren zur Projektion von
Bildern auf einer sphärischen Kuppelprojektionsfläche
sowie Film zur Durchführung des Verfahrens

9813/1027

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Patentanwälte D-pl.-fng. C U rt WaI I ach

Dipl.-Ing. Günther Koch

Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

2841117 Dipl.-Ing.

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 21. September I978

Unser Zeichen: Iß Jjß - Fk/Ne

Philippe Jaulmes
Montpellier / Frankreich

Die Erfindung bezieht sich auf ein Aufnahme- und Projektionsverfahren zur Projektion von Bildern auf einer sphärischen Kuppelprοjektionsfläche, insbesondere für Flugsimulatoren oder für öffentliche KinovorfUhrräume, bei dem zur Bildaufnahme ein Fischaugenobjektiv mit einer progressiven Kompression des Bildes in Richtung auf den Umfang entsprechend einem linearen Verteilungsgesetz verwendet wird, das einen Bildwinkel mit großer öffnung ergibt, der gegebenenfalls 220° erreicht und bei dem zur Projektion ein Teleobjektiv mit einem

der
konvexen oder konkaven Spiegel,Yin der unmittelbaren Nähe des Mittelpunktes der sphärischen Kuppelprojektionsfläche mit seiner reflektierenden Fläche auf diese gerichtet angeordnet ist und dessen Symmetrieachse mit der Symmetrieachse der Kuppel zusammenfällt, oder ein Fischaugen-Objektiv von der gleichen Art verwendet wird, wie es zur Bildaufnahme verwendet wird, wobei dieses Fischaugenobjektiv Im Mittelpunkt der

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Kuppel-Projektionsfläche angeordnet ist und wobei mit diesen Einrichtungen ein optisches Bildtransportsystem verbunden ist, sowie auf einen Film zur Durchführung des Verfahrens.

In der französischen Patentschrift 1 204 64 J5 sowie der französischen Patentanmeldung 69 26 144 des Anmelders ist insbesondere ein Kino-Projektionssaal beschrieben, der mit einer sphärischen Kuppel-Projektionsfläche, deren Symmetrieachse unter 45° nach unten ausgerichtet ist, sowie mit einem Projektor mit einem Teleobjektiv versehen ist, das ein im wesentlichen ebenes Zwischenbild eines Films von einem speziellen Typ vor einem konkaven Spiegel erzeugen kann, der in der Nähe des Mittelpunktes der Kuppel-Projektionsfläche angeordnet ist, wobei die von dem Projektor ausgehenden Lichtstrahlen durch eine öffnung hindurchlaufen, die im mittleren Teil dieser Kuppel-Projektionsfläche vorgesehen ist.

Dieser Film ist durch nebeneinander angeordnete runde Bilder gebildet, die mit Hilfe eines Bildaufnahme-Objektivs vom Fischaugentyp hergestellt werden und die eine progressive Kompression in Richtung ihrer Umfangsränder aufweisen.

Dieser konkave Spiegel strahlt dann die Lichtstrahlen von dem Zwischenbild auf die Kuppel-Projektionsfläche ab, wobei auf Grund der sphärischen Form dieser Kuppel und der konkaven Form des Spiegels im wesentlichen eine systematische Kompression der Bilder dieses Films, die einem linearen Verteilungsgesetz unterworfen ist, kompensiert wird.

Bei einer derartigen Ausführungsform ist es jedoch nicht möglich, ein Bild mit einem Bildfeld von mehr als 16O° zu erzeuggen, während für Flugsimulator-Anwendungen es erforderlich ist, auf der Kuppel-Projektionsfläche ein Bildfeld von ungefähr 220° zu erzeugen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das die Erzeugung eines

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Bildes mit einem Bildfeld von mehr als l60° ermöglicht, wobei weiterhin ein Film zur Durchführung dieses Verfahrens geschaffen werden soll.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens sowie des Films zur Durchführung des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist der konkave Spiegel durch einen konvexen Spiegel ersetzt, der auf der Kuppel-Projekt ions fläche ein virtuelles Bild erzeugen kann, das etwas hinter dem konvexen Spiegel liegt und auf einer schrägen Oberfläche liegt, die natürlich von dem Krümmungsradius der Kuppel-Projekt Ions fläche und des konvexen Spiegels abhängt.

Auf Grund des Einsetzens eines virtuellen Biloes der Kuppel-Projektionsfläche, das sich auf einer Oberfläche bildet, die grob einem Drehparaboloiden angenähert werden kann, anstelle des reellen im wesentlichen ebenen Zwischenbildes, das von dem konkaven Spiegel gemäß der französischen Patentanmeldung 69 26 144 gebildet wurde, ist es leicht zu erkennen, daß es erforderlich ist, bei der Berechnung der Eigenschaften des zu verwendenden Teleobjektivs des Projektors die Krümmung des virtuellen Bildes und damit die jeweiligen Krümmungsradien der Kuppel-Projektionsfläche und des konvexen Spiegels zu berücksichtigen, während die Verwendung eines konkaven Spiegels die Erzeugung eines vergrößerten ausreichend getreuen Bildes auf der Kuppel-Projektionsfläche ausgehend von einem im wesentlichen ebenen Zwischenbild ermöglicht, das von einem üblichen Teleobjektiv geliefert wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren befindet sich der Flugschüler in der Nähe des konvexen Spiegels und des Mittel-

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Punktes der Kuppel-Projektionsfläche derart, daß er das gesamte projizierte Bild sieht, unter Einschluß des nach hinten gerichteten Umfangsteils, der sich außerhalb der diametralen Ebene der Kuppel-Projektionsfläche und senkrecht zur optischen Achse der Lichtstrahlen befindet, die mit der Symmetrieachse dieser Kuppel-Projektionsfläche zusammenfällt.

Weiterhin ist bei der Anwendung des Verfahrens für einen Flugsimulator das Lichtstrahlenbündel nur um 20° ausschließlich gegenüber der Horizontalen geneigt und nicht um ^5°, wie dies bei der obengenannten französischen Patentanmeldung beschrieben ist.

Ein weiteres wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß für eine kinematische Projektion, die ein tatsächlich getreues Bild der Wirklichkeit liefert, eine spezielle Aufnahmekamera urtd eine spezielle Projektionsvorrichtung verwendet wird, die mit speziellen Filmantriebsvorrichtungen versehen sind, die es ermöglichen, nach jeder Aufnahme oder nach jeder Projektion des Bildes einen speziellen Film von einem Bild zum anderen vorwärtszubewegen, der pro Bild eine Anzahl von Perforationen aufweist, die gegenüber üblichen Filmen dieser Art mit gleichen Abmessungen für eine photographische Projektion vergrößert ist.

Weiterhin muß dieoptische Achse der Bildaufnahmekamera für die Bilder die gleiche Neigung gegenüber dem Horizont aufweisen, wie die Achse der Kuppel-Projektionsfläche und im speziellen Fall muß diese Neigung ebenfalls um 20° nach unten gerichtet sein, was bei den Ausführungsformen gemäß der französischen Patentschrift 1 204 64j5 und bei den drei Zusatzpatentschriften hierzu nicht erforderlich ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in gleicher Welse für die Photographie sowie für Videosysteme geeignetj für Kinosäle mit etwas größeren Abmessungen sind jedoch die Filme von 55 mm,

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die im allgemeinen für die Anwendung bei Flugsimulatoren geeignet sind, nicht mehr ausreichend und es müssen Filme von 70 mm verwendet werden, um die Bildauflösung zu verbessern.

Es ist jedoch für derartige Kinosäle unnötig, einen Betrachtungsbildwinkel von 220° zu verwenden und weil ein Bildwinkel von ungefähr 18O° dann ausreichend ist, ist es vorteilhaft, abgeflachte Bilder zu verwenden, die in Rechtecke einschreibbar sind, wobei diese Bilder anstelle von runden Bildern verwendet werden, die keine Ausnutzung der Gesamtheit der Länge des Films ermöglichen, die für jedes Bild vorgesehen ist.

Entsprechend der Art des Abspulens der Filme und der Ausrichtung des- Bildes zum Zeitpunkt der Projektion kann diese Abflachung parallel zur Filmrichtung in er Nähe einer der Perforationsreihen dieses Films oder senkrecht zu dieser Richtung durchgeführt werden.

Für Filme von 16 mm ist es möglich, die Abflachung parallel zu den Perforationsreihen vorzusehen und Filme zu verwenden, die zwei Perforationen pro.Bild aufweisen.

Für Filme von 35 mm, wie sie insbesondere für Flugsimulatoren verwendet werden, ist es jedoch erforderlich, acht Perforationen

es
pro Bild vorzusehen, während^für Filme von 70 mm, die für eine Projektion in öffentlichen Kinovorführsälen verwendet werden, vorteilhaft ist, Filme zu verwenden, die 15 Perforationen pro Bild aufweisen, wie dies im folgenden noch näher erläutert wird.

Wenn andererseits die Abflachung senkrecht zur Richtung des Films und zu den Perforationsreihen ausgerichtet wird, genügen vier Perforationen pro Bild für die Filme von 35 mm, doch ist das Bild beträchtlich kleiner als im Fall einer Abflachung in Längsrichtung.

Im Fall von Filmen von 70 mm ist es ebenfalls möglich, im

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Fall einer quer verlaufenden Abflachung nur acht Perforationen pro Bild anstelle von 15 Perforationen zu verwenden, wobei sich ebenfalls ein beträchtlich kleineres Bild ergibt.

Als Beispiel werden im Fall eines Films von 16 mm mit zwei Perforationen pro Bild und einer längs verlaufenden Abflachung Bilder mit einem Durchmesser von 14 mm erzielt, die in Rechtecke von 14 mm χ 11,52 mm eingeschrieben sind.

Im Fall von Filmen von 35 ^{mm ml}* einer längsverlaufenden Abflachung können Bilder erzielt werden, die in Rechtecke von ungefähr 32 mm χ 25,89 mm eingeschrieben sind.

Schließlich können für große Kinoprojektionssäle und Filme von 70 mm mit einer längsverlaufenden Bildabflachung Bilder erzielt werden, die in Rechtecke von ungefähr 64 χ 51,78 mm eingeschrieben sind.

Im Fall einer quer verlaufenden Abflachung können bei Filmen von 35 mm Bilder erzielt werden, die in Rechtecke von ungefähr 23 χ 18,6 mm eingeschrieben sind, während für Filme von 70 mm Bilder erzielt werden, die in Rechtecke von etwa 46 χ 37,2 mm eingeschrieben sind.

Es ist festzustellen, daß es für die Projektion in Kinosälen, die der Öffentlichkeit zur Verfügung stehen, vorteilhaft ist, zur Erzielung guter Bilder die Lösung mit 15 Perforationen pro Bild und mit Bildern mit einem Durchmesser von 64 mm zu verwenden, wie sie weiter oben erwähnt wurde.

Im Fall von Flugsimulatoren müssen die normalerweise dür die Durchführung des Verfahrens verwendbaren Filme von 35 mm mit acht Perforationen anstelle von vier Perforationen pro zu projizierendem Bild versehen werden, so daß sich die Schwierigkeit ergibt, den Vorschub des Films in Gruppen von acht Perfo-

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rationenzu erreichen, ohne daß die Gefahr besteht, daß dieser Film übermäßigen Beschleunigungen ausgesetzt wird, die das Reißen des Films hervorrufen könnten.

Im Fall von Filmen von 70 mm und der Projektion von abgeflachten Bildern ergibt sich das gleiche Problem, weil der Film in Gruppen von I5 Perforationen vorgeschoben werden muß.

Zur Lösung dieses Problems wird vorzugsweise dia bekannte Technik des horizontalen Abrollens des Films sowohl für den Projektor als auch für die Bildaufnahmekamera in Kombination mit einem Verfahren verwendet, das unter dem Namen "elektronisches Malteserkreuz" der Fa. ATAC, Meudon, bekannt jst.

Auf Grund der Kombination eines Teleobjektivs, das ausgehend von runden oder abgeflachten positiven Bildern des Films reelle Bilder in Koinzidenz mit dem vir'tuellen Bild einer Kuppel-Projektionsfläche mit geeigneter Neigung liefern kann und die Erzielung eines Bildfeldes von bis zu 220° in Kombination mit dem konvexen Spiegel ermöglicht, und eines Bildaufnahmeobjektivs vom Fischaugentyp sowie eines ProjektionsteIeObjektivs, die beide die gleiche Neigung der optischen Achse gegenüber der Horizontalen aufweisen, ist es möglich, unter Verwendung spezieller Filme und spezieller Vorschubeinrichtungen dieser Filme eine quasi perfekte Nachbildung und den Eindruck eines unbegrenzten mit dem tatsächlichen Raum vergleichbaren Raums zu erzielen anstelle eines begrenzten oder verschlossenen Raums, wie z.B. eines Saales.

Diese quasi-perfekte Simulation oder Nachbildung wird jedoch nur dann erreicht, wenn man für jeden Punkt des projizlerten Bildes, wie es mit den Augen des Beobachters gesehen wird, einen Bezugswinkel zur Achse der Kuppel-Projektlonsfläche wiederfinden kann,, der gleich dem Winkel ist, der für jeden entsprechenden Punkt des photographierten Gegenstandes, gesehen durch den Mittelpunkt des Aufnahme ob j ekt Iv es,, bezüglich der optischen Achse dieses Ojektlvs vorhanden Ist«

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Das verwendete Teleobjektiv muß daher so berechnet werden, daß es diese Bedingung erfüllt.

Bekannte Fischaugen-Objektive wie beispielsweise die Nikkor-Objektive mit einer Brennweite von 6 mm, wie sie von der japanischen Firma NIKON hergestellt werden, weisen jeweils relative Blenden von F/2,8 und F/5,6 auf und sie sind üblicherweise zur Herstellung von ebenen Photos vorgesehen, die eine progressive Kompression des Bildes in Richtung seines Umfanges entsprechend einem linearen Verteilungsgesetz aufweisen. Derartige Objektive liefern Bilder, die sehr gut für die Anwendung bei Flugsimulatoren geeignet sind und die einem Betrachter, der sich in der Nähe des Mittelpunktes derartiger Kuppel-Projektionsflächen befindet, ein Bildfeld liefern können, das bis zu 220° reicht, selbstverständlich unter der Bedingung, daß bei der Auslegung der Projektions-Teleobjektive nicht nur das lineare Gesetz der Kompression d'er von diesen Objektiven gelieferten ebenen Bilder sowie die durch den konvexen Spiegel hervorgerufenen Aberrationen berücksichtigt werden, sondern auch die nicht ebene Form des virtuellen Bildes der Kuppel-Projektionsfläche, das durch den konvexen Spiegel gebildet wird.

Es sei weiterhin bemerkt, daß die ausreichende Größe des Sichtfeldes, die ein notwendige Bedingung zur Erzielung einer guten Simulation oder Nachbildung darstellt, keine ausreichende Bedingung darstellt und daß es weiterhin erforderlich 1st, bei der Berechnung der Projektions-Teleobjektive sukzessive Verformungen des photographierten Objektes zu berücksichtigen, die jeweils während der Aufnahme und der Projektion hervorgerufen werden, derart, daß sich bei der Projektion ein Bild ergibt, bei dem die verschiedenen Ebenen des photographierten Objektes bezüglich einander an Positionen beibehalten werden, die jeweils den Gesetzen der Perspektive entsprechen.

Dieses Ergebnis wird dadurch erzielt, daß das Projektions-Teleobjektiv unter Berücksichtigung einerseits des linearen

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Gesetzes der bei der Aufnahme entstehenden Kompression der zu projlzierenden Bilder in Richtung auf den Umfang hin und andererseits des Radius des verwendeten konvexen Spiegels, der in unmittelbarer Nähe des Mittelpunktes der Kuppel-Projektionsfläche angeordnet ist, des Durchmessers dieses Spiegels sowie des Radius der Kuppel-Projektionsfläche und der Entfernung zwischen dem Projektions-Teleobjektiv und dem konvexen Spiegel berechnet wird.

Insbesondere muß das diesem konvexen Spiegel zugeordnete Objektiv obligatorisch vom katadioptrischen Typ sein und Korrekturvorrichtungen aufweisen, die erforderlich sind, um die Kompensation von Aberrationen zu verbessern, die von dem konvexen Spiegel insbesondere an den Rändern des Bildes hervorgerufen werden.

Weiterhin ist das Teleobjektiv vorzugsweise mit einer Lichtkondensorvorrichtung verbunden, die zwei getrennte Teile aufweist, von denen der erste in der Nähe der Lichtquelle angeordnet ist, während der zweite|ln der Eingangsp .pille des Teleobjektivs angeordnet ist, deren Oberfläche vollständig mit dem Bild dieser Lichtquelle bedeckt sein muß, wie es von dem ersten Teil des Kondensors geliefert wird.

Zusammenfassend ist es erforderlich, für die Bildaufnahme zumindest einen Film von 35 mm sowie ein Objektiv vom Fischaugentyp zu verwenden, das ein Bildfeld mit ausreichendem Bildwinkel im Inneren des kreisförmigen oder abgeflachten Bildes bedeckt, wobei sich eine Verzerrung ergibt, die einem linearen Gesetz einer Kompression des Bildes an seinem Umfang etspricht und es ist weiterhin erforderlich, daß die Achse dieses Objektivs gegenüber der Horizontalen um einen Winkel geneigt ist, der gleich dem Neigungswinkel der Achse des Projektions-Teleobjektivs ist, wobei schließlich diese Projektion derart durchgeführt wird, daß ein getreues anastigmatlsches Bild erzielt wird, das an seinen Rändern keine Verzerrungen aufweist.

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Weiterhin muß der Vorschub des Filmes die Verwendung der gesamten Oberfläche jedes der kreisförmigen oder abgeflachten Bilder des Filmes ermöglichen, der zur Aufnahme und zur Projektion dient und der Vorschub muß in Gruppen von Perforationen erfolgen, die jeweils eine Anzahl von Perforationen umfassen, die im Verhältnis von etwa l.bls J> vergrößert ist.

Im Fall der Verwendung von Filmen von 35 mm, die runde Bilder mit einem Durchmesser von 2j5 mm aufweisen, die in jedem Abschnitt aufgezeichnet sind, wird vorzugsweise für die Flugsimulator-Anwendungen in der bereits beschriebenen V/eise eine Aufnahmeachse verwendet, die normalerweise um 20° nach unten geneigt ist, d.h. die gleiche Neigung bezüglich der Horizontalen aufweist, wie die Achse der sphärischen Kuppel-Projektions· fläche mit einem Durchmesser von 6,40 m, die für die Projektion verwendet wird, und es werden Objektive verwendet, die ein Bildfeld von 220° liefern können.

Es ist andererseits festzustellen, daß es vorteilhaft wäre, die Kuppel-Projektionsfläche aus perforiertem Aluminiumblech herzustellen, um den besten Ausgleich zwischen der Lichtwirkung, der Leuchtkraftiund der Lichtreflexion zu erzielen.

Weiterhin ist es bekannt, daß für die Vergrößerung der Anzahl der Perforationenlpro zu projizierendem Bild, wie sie weiter oben erwähnt wurde, sowohl bei der Anwendung mit runden Bildern als auch für die Anwendung mit abgeflachten Bildern, die Verwendung von Schrittmotoren zur Erzielung der elektronischen Synchronisation erforderlich ist, die die klassischen Malteserkreuz-Antriebsvorrichtungen ersetzt, damit die Beschleunigungen der verwendeten Filme verringert werden und ihr Reißen verhindert wird.

Der für die Projektion verwendete konvexe Spiegel ist etwas vor einer diametralen Ebene der Kuppel-Projektionsfläche senkrecht zur Symmetrieachse dieser Kuppel angeordnet und nicht hinter dieser Ebene, wie dies bei der Anwendung eines konkaven

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Spiegelsder Fall war, doch bleibt in jeder Weisa dieser Spiegel in der unmittelbaren Nähe dieser diametralen Ebene.

Der Ersatz eines üblichen Teleobjektivs mit einer natürlichen FeIdkrümmung in der gleichen Richtung wie die des verwendeten konkaven Spiegels durch ein Teleobjektiv, das speziell zur Berücksichtigung der Krümmung des virtuellen Bildes berechnet ist, ermöglicht bei einem Bildfeld, das bei manchen Anwendungen bis 220° erreichen kann, die Erzielung einer Qualität, die zumindest gleich der Qualität ist, die unter Verwendung eines konkaven Spiegels erzielt wird, der lediglich ein Bildfeld in der Größenordnung von l6o° erzeugen kann.

Wie dies bereits weiter oben erläutert wurde, ist das erfindungsgemäße Verfahren ebenfalls für Videosysteme anwendbar.

In diesem Fall wird anstelle der Verwendung eines Films zur Aufzeichnung von runden oder abgeflachten Fischaugen-Bildern, denen jeweils eine vergrößerte Anzahl von Perforationen zugeordnet ist, in der Ebene dieses Films ein photoelektrisches ebenes Element angeordnet, wie z.B. die Sammelelektrode einer Vid icon-Röhre, die mit einer Ablenkvorrichtung versehen ist, und die eine Umwandlung der verschiedenen von dem Aufnahmeobjektiv auf der empfindlichen Oberfläche dieses photoelektrischen Elementes gebildeten Bilder in elektrische Signale ermöglicht, die entweder auf einen Aufzeichnungsträger oder zu einer Bildreproduktionsvorrichtung übertragen werden können, wie sie beispielsweise unter der Bezeichnung "EIDOPHOR" bekannt ist und von der Fa. Philipps vertrieben wird.

Diese Vorrichtung wird anstelle der Filmvorschubeinrichtung und des Projektors verwendet, wie sie normalerweise für die Projektion verwendet werden, und zwar in Kombination mit dem oben erwähnten Teleobjektiv.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.

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In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 den Verlauf der Lichtstrahlen, die von einem

Projektor am Ausgang des zugehörigen Teleobjektivs ausgesandt werden, sowie die Position eines Flugschülers bezüglich der Achse der Kuppel-Pro j ekt ions fläche hinter dem konvexen Spiegel;

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Film von 35 mm,der

kreisrunde Bilder trägt, die in nebeneinanderliegende, miteinander nicht verbundene Rechtecke eingeschrieben sind und acht Perforationen pro Bild aufweisen;

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Film von 35 mm, der

kreisrunde abgeflachte Bilder aufweist, die ohne Verbindung miteinander nebeneinander angeordnet sind, wobei ebenfalls acht Perforationen pro Bild vorgesehen sind;

Fig. 4 eine Draufsicht auf einen Film von 70 mm, der

kreisrunde abgeflachte Bilder mit einer Oberfläche aufweist, die im wesentlichen gleich dem Vierfachen der Bilder nach Fig. 3 ist, wobei 15 Perforationen pro Bild vorgesehen sind.

Fig. 5 die Aufteilung der abgeflachten Bilder des

Films auf der Kuppel-Projekticnsflache.

In Fig. 1 ist eine Kuppel-ProjektIonsfläche 1 dargestellt, auf deren verschiedenen Punkten mit Hilfe eines Projektors 2 reelle Bilder eines Films vom beschriebenen Fischaugen-Typ mit Hilfe eines Teleobjektivs gebildet werden, der in dem Projektor angeordnet ist. Die von dem Projektor ausgehenden Lichtstrahlen werden an ebenen Spiegeln 3 und 4 reflektiert

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und konvergieren dann in Richtung auf die verschiedenen Punkte eines viertuellen Bildes der Kuppel-Projektionsfläche, das sich auf der Rückseites eines konvexen Spiegels 5 befindet. ^ie konvergierenden Strahlen werden von diesem konvexen Spiegel aufgefangen und werden so reflektiert, daß sie auf die verschiedenen Punkte der Oberfläche der Kuppel-Projektionsfläche 1 konvergieren, wobei sie derart verteilt werden, daß die Gesetze der gekrümmten Perspektive berücksichtigt werden, wobei auf Grund der zweckmäßigen Wahl der Neigung der Bildaufnahmekamera gegenüber dem Horizont die Wiederherstellung eines getreuen Bildes des beider Bildaufnahme photographierten Raums auf der Kuppe1-ProjektionsfDäche ermöglicht wird, und wobei gleichzeitig das lineare Gesetz der Kompression der kreisförmigen Bilder des projizierten Films kompensiert wird.

Die elektrischen Vorrichtungen zum Vorschub der Filme, die eine vergrößerte Anzahl von Perforationen aufweisen, sind in der Zeichnung nicht dargestellt, weil diese Vorrichtungen in ihrer speziell Ausgestaltung keinen Teil der vorliegenden Erfindung bilden.

Der Beobachter 6, der etwas hinter dem konvexen Spiegel 5 plaziert ist, hält seine Augen in der Nähe der Achse des Leuchtbündels, das von dem Projektor 2 ausgeht und von den ebenen Spiegeln ~5, 4 umgelenkt wird, so daß er das gesamte auf die Kuppel-Projektionsfläche projizierte, BtId sehen kann, ohne durch das Lichtbündel selbst gestört zu ,.'erden.

Aus Fig. 2 Ist zu erkennen, daß die dort dargestellten Bilder in Querrichtung nur 2J> mm von der Breite von 35 mm des Films einnehmen, und zwar auf Grund des Vorhandenseins von zwei Perforationsreihen, die in Längsrichtung verlaufen und die Bilder umrahmen.

Aus der Fig. 2 ist weiterhin zu erkennen, daß der Film sehr schlecht ausgenutzt ist, weil zwischen benachbarten Bildern

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mit einem Durchmesser von 23> mm eine ungenutzte Filmlänge von 15 mm vorhanden ist.

Der in Fig. 2 dargestellte Film weist 8 Perforationen pro Bild auf, die ln|3er Nähe jedes Randes dieses Films angeordnet sind.

Der Abstand zwischen den Mittelpunkten von zwei benachbarten kreisrunden Bildern ist in dieser Figur gleich der Länge, die von jeder Gruppe von 8 Perforationen in jeder der seitlichen Perforationsreihen eingenommen wird, nämlich A = 38 mm.

In Fig. j5, die den gleichen Abstand zwischen benachbarten Perforationen und die gleiche Anzahl von 8 Peiforationen pro Bild verwendet, die insgesamt eine Länge B von 38 mm einnehmen, d.h. die Länge A nach Fig. 2, ist zu erkennen, daß die abgeflachten Bilder wesentlich größer als die kreisförmigen Bilder nach Fig. 2 sind und daß diese Bilder einen Durchmesser von ^2 mm anstelle von 2j5 mm aufweisen. Hierdurch ergibt sich eine wesentlich bessere Ausnutzung des Films, die möglich ist, wenn man nicht ein Winkelfeld des Bildes mit einem Wert benötigt, der so groß wie 220° 1st. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Bildern in Längsrichtung ist in diesem Fall gleich 6 mm anstelle der I5 mm im Fall der Fig. 2.

Schließlich ist im Fall der Fig. 4 die Anzahl der Perforationen pro Bild gleich I5 und diese I5 Perforationen nehmen eine Länge C auf, die gleich 71*25 mm beträgt, wobei der Abstand zwischen zwei benachbarten abgeflachten Bildern mit einem Durchmesser von 64 mm in diesem Fall 7*25 mm beträgt.

In Fig. 5 ist die Art und Weise dargestellt, wie ein kreisförmiges, von dem Bildaufnahmeobjektiv vom Fischaugentyp aufgenommenes Bild in Form eines kreisrunden in Längsrichtung abgeflachten Bildes auf einem Film nach den Figuren 3 oder 4 reproduziert wird. Das Rechteck zeigt die Oberfläche des Films

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an, in der dieses abgeflachte kreisrunde Bild eingeschrieben ist. Die Perforationen des Films sind außerhalb dieses Rechtecks parallel zu den langen Seiten dieses Rechecks angeordnet, Es ist zu erkennen, daß der Mittelpunkt des kreisförmigen Bildes des Objektivs senkrecht zur Längsrichtung des Films gegenüber dem Mittelpunkt des Rechteckes verschoben ist. Der auf dem Film auf Grund der Abflachung nicht reproduzierte Film entspricht dem Teil des kreisrunden Bildes, der ohnehin für den Betrachter auf der Kuppel-Projektionsfläche nicht sichtbar sein würde. Es handelt sich hierbei insbesondere um den Teil der Kuppel, der nach oben außerhalb des Sichtfeldes der Betrachter angeordnet ist und daher fortgelassen werden kann. In dem dargestellten Fall stellt dieser nicht reproduzierte Teil des Bildes einen Teil des Himmels dar. Die Grenzen des auf der Kuppel ausgehend von einem abgeflachten kreisrunden Bild auf dem Film erzeugten Bildes stimmen damit mit den Grenzen dieser Kuppel überein.

Es ist verständlich, daß bei den beschriebenen Ausführungsformen eine Vielzahl von Abänderungen und Hinzufügungen vorgenommen werden kann, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Insbesondere kann der Projektor hinter der Durchgangsö'ffnung für das Lichtbündel Inder Kuppel-Projektionsfläche in einer ausreichend kleinen Entfernung angeordnet sein, um die Verkürzung der optischen Strecke zu ermöglichen, die das Teleobjektiv des Projektors 2 von dem konvexen Spiegel 5 trennt und die Achse des Projektors kann dann mit der Achse der Kuppel-Projektionsfläche zusammenfallen, wobei die ebenen Spiegel 3 und 4 in diesem Fall fortgelassen werden können.

Weiterhin kann, wie dies weiter oben erwähnt wurde, der Projektor und der Film mit den zu proj!zierenden Bildern durch eine Vorrichtung vom EIDOPHOR-Typ ersetzt werden, und statt der Verwendung eines Kinofilms mit Fischaugen-Bildern, der eine vergrößerte Anzahl von Antriebsperforationen aufweist, wird für die Bildaufnahme dieser Film durch ein photcslek-

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trisches Element ersetzt, das mit einer Ablenkeinriehtung versehen ist und die Umwandlung der verschiedenen aufeinanderfolgenden von dem AufnahmeobjektIv gebildeten Bilder in elektrische Signale ermöglicht, wobei diese elektrischen Signale entweder direkt oder nach ihrer Aufzeichnung auf einem geeigneten Aufzeichnungsträger dazu vervencst ''-"eraer., ilese aufeinanderfolgenden Bilder wiederherzustellen und sie durch das beschriebene Teleobjektiv in Richtung auf das virtuelle Bild der Kuppel-Projektionsfläche zu projizieren. Es sei weiterhin bemerkt, daß man die Fischaugen-Objektive derart modifizieren kann, daß Bilder gewonnen werden, die -.wei quer verlaufende symmetrische Abflachungen aufweisen.

Eine derartige Möglichkeit kann insbesondere für Filme mit einer Breite von 16 mm interessant sein, die abgeflachte Bilder mit einem Durchmesser von 8 mm tragen, die in Rechtecke von 8 χ7,ΐ mm eingeschrieben sind.

Schließlich sei bemerkt, daß der Wert der Brennweite der verwendeten Objektive sich beträchtlich in Abhängigkeit von der vorgesehenen Verwendung ändern kann, wobei eineBrennwelte von 6 mm normalerweise für Flugsimulatoren mit einem Bildfeld von 220° verwendet wird, während für Kinoprojektionen in öffentlichen Sälen vorzugsweise Objektive mit einer Brennweite von 11,7 nun für Filme mit einer Breite von j55 mm und Objektive mit einer Brennweite von 2j5,4 mm für Filme mit einer Breite von 70 mm verwendet werden.

Gemäß einer abgeänderten Ausfuhrungsform kann das Projektions-Teleobjektiv mit dem sphärischen Spiegel durch ein Fischaugen-Objektiv von der gleichen Art ersetzt werden, wie es für die Bildaufnahme verwendet wurde, wobei dieses Fischaugen-Objektiv mit einem optischen Bildtransportsystem zwischen dem außerhalb der Kuppel-Projektionsfläche befindlichen Projektor und dem Fischaugen-Objektiv verbunden sein kann, das sich dann In der Mitte der Kuppel-ProjektIonsfläche befindet.

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Claims

Patentanwälte D i ρ I. -! η g. Curt Wallach

Dipl.-Ing. Günther Koch

Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

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Datum: 21. September I978

Unser Zeichen: 16 576 - Fk/Ne

Patentansprüche :

\l4 Aufnahme- und Projektionsverfahren zur Projektion von Bildern auf einer sphärischen Kuppelprojektionsflache, insbesondere für Flugsimulatoren oder für öffentliche Kinovorführräume, bei dem zur Bildaufnahme ein Fischaugenobjektiv mit einer progressiven Kompression des Bildes in Richtung auf den Umfang entsprechend einem linearen Verteilungsgesetz verwendet wird, das einen Bildwinkel mit großer öffnung ergibt, der gegebenenfalls 220° erreicht und bei dem zur Projektion ein Teleobjektiv mit einem konvexen oder konkaven Spiegel,fin der unmittelbaren Nähe des Mittelpunktes der sphärischen Kuppelprojektionsfläche mit seiner reflektierenden Fläche auf diese gerichtet angeordnet ist und dessen Symmetrieachse mit der Symmetrieachse der Kuppel zusammenfällt, oder ein Fischaugen-Objektiv von der gleichen Art verwendet wird, wie es zur Bildaufnahme verwendet wird, wobei dieses Fischaugenobjektiv im Mittelpunkt der Kuppel-Projektionsfläche angeordnet ist und wobei mit diesen Einrichtungen ein optisches Bildtransportsystem verbunden ist, dadurch gekennzeichnet , daß sowohl für die Bildaufnahme als auch für die Projektion ein Film verwendet wird, dessen Breitejvorzugsweise mindestens gleich 35 mm ist und der eine Anzahl von Perforationen pro Bild aufweist, die um einen Faktor von bis zu 5 gegenüber der Anzahl von Perforationen vergrößert ist, wie sie üblicherweise bei nor-

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malen Filmen der gleichen Breite verwendet wird, die sich mit einer wesentlich kleineren Geschwindigkeit vorwärtsbewegen, daß zur Beseitigung jeder Gefahr eines Reißens dieses Films sowohl bei der Aufnahm= als auch bei der Projektion der Film vorzugsweise in einer horizontalen Ebene abgespult wird und daß das unter der Bezeichnung "elektronisches Malteserkreuz" bekannte Vorschubverfahren anstelle des klassischen Vorschubverfahrens mit einem Malteserkreuz verwendet wird.

2. Aufnahme- und Projektionsverfahren nach Anspruch 1, insbesondere für Flugsimulatoren, dadurch gekennzeichnet, daß ein Film mit einer Breite von 35 mm und ein Bildaufnahmeobjektiv vom Fischaugentyp mit einer Brennweite von 6 mm verwendet wird, das eine relative Blende von zumindest F/2,8 und vorzugsweise gleich F/5,6 aufweist.

5· Aufnahme- und Projektionsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß ein Film von 35 nun mit acht Perforationen pro Bild auf jedem Rand verwendet wird.

4. Aufnahme- und Projektionsverfahren nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß für Anwendungen für Flugsimulatoren, bei denen es erforderlich ist, ein Bildfeld von 220° zu erzielen, der Kuppel-Projektionsfläche eine Oberfläche gegeben wird, die die Wiederherstellung des Feldes von 220° ermöglicht, das bei der Bildaufnahme photographiert werden kann, gegebenenfalls unter Verwendung eines der Objektive nach Anspruch 2, und daß die Symmetrieachse der Bildaufnahmekamera., sowie der sphärischen Kuppel-Projektionsfläche um einen Winkel von vorzugsweise 20° nach unten geneigt wird.

5- Aufnahme- und Projektionsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Filme von 35 oder 70 mm verwendet werden, die zwei symmetrische Reihen von Perfora-

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tionen aufweisen, daß das Objektiv der Bildaufnahmekamera derart modifiziert wird, daß auf diesen Filmen abgeflachte kreisförmige Bilder aufgezeichnet werden, deren Abflachung in Längsrichtung ausgerichtet und in der Nähe einer dieser symmetrischen Perforationsreihen angeordnet ist, daß jede dieser Perforationsreihen acht Perforationen pro Bild im Fall der Verwendung von Filmen mit 35 mm und 15 Perforationen pro Bild im Fall der Verwendung von Filmen von 70 mm aufweist, derart, daß für die Projektion abgeflachte Bilder vorgesehen werden, die als Durchmesser 32 bzw. 64 mm aufweisen und die Wiederherstellung eines Bildfeldes von zumindest l60° in allen Azimuthrichtungen ermöglichen, die nicht den Abflachungen entsprechen.

6. Aufnahme- und Projektionsverfahren nach Anspruch 5, insbesondere für Kinoprojektionen in öffentlichen Sälen, dadurch gekennzeichnet , daß im Fall der Verwendung von Filmen von 35 mm vorzugsweise ein Fischaugen-Objektiv mit einer Brennweite von 11,7 mm verwendet wird.

7· Aufnahme- und Projektionsverfahren nach Anspruch 5* insbesondere zur Verwendung bei Kinoprojektionen in öffentlichen Sälen, dadurch gekennze lehnet , daß im Fall der Verwendung von Filmen von 70 mm vorzugsweise ein Fischaugen-Objektiv mit einer Brennweite von 23,4 mm verwendet wird.

8. Aufnahme- und Projektionsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Projektions-Teleobjektiv ein katadioptrisches Objektiv verwendet wird, das vorzugsweise mit zwei Korrekturvorrichtungen zur Verbesserung der Kompensation der Aberrationen versehen ist.

9. Aufnahme- und ProjektIonsνerfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Teleobjektiv mit einer

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Lichtkondensorvorrichtung verbunden 1st, die zwei getrennte Elemente aufweist, die in der Nähe der Lichtquelle bzw. in der Eintrittspupille des Teleobjektives angeordnet sind und von denen das erste Element derart ausgebildet ist, daß es aus der Lichtquelle im Bereich im Bereich der Eingangspupille ein Bild herstellt, das die gesamte Oberfläche dieser Eintrittspupille einnimmt.

10. Aufnahme- und Projektionsverfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Aufzeichnung der aufeinanderfolgenden Bilder bei der Bildaufnahme auf einem speziellen Film mit einer vergrößerten Anzahl von Perforationen und der darauffolgenden Projektion des Films auf die Kuppel-Projektionswand bei der Bildaufnahme ein photoelektrisches Element verwendet wird, das mit einer Ablenkeinrichtung versehen ist, die die aufeinanderfolgenden Bilder in elektrische Signale" umwandelt, die gegebenenfalls auf einem geeigneten Aufzeichnungsträger aufgezeichnet werden können und daß dann dieser Aufzeichnungsträger dazu verwendet wird, Bilder zu erzeugen, die durch eine Bildreproduktionsvorrichtung projiziert werden können, die anstelle der gesamten Filmvorschub- und Projektionseinrichtung eingesetzt wird, wie sie normalerweise für die Projektion von Filmen verwendet wird, wobei die gleiche Art von Teleobjektiv Verwendung findet.

11. Aufnahme- und Projektionsverfahren nach Anspruch 10, bei dem die Bildaufnahme und die Projektion gleichzeitig erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die am Ausgang des photoelektrischen Elementes erzeugten elektrischen Signale direkt an die Bildreproduktionsvorrichtung weitergeleitet werden.

12. Aufnahme- und Projektionsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Film von 16 mm verwendet wird, der eine einzige Reihe von zwei Perforationen

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pro Bild aufweist und daß das Bildaufnahmeobjektiv derart modifiziert wird, daß auf dem Film abgeflachte Bilder mit einem Durchmesser von 14 mm erzeugt werden, die in Rechtecke von 14 χ 11,32 mm eingeschrieben sind.

Ij5. Film vom Fischaugentyp mit einer Breite von 35 mm zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gek en n. zeichnet , daß der Film auf seinen beiden Rändern zwei symmetrische Reihen von acht Perforationen pro kreisförmigem Bild mit einem Durchmesser von 23 mm aufweist.

14. Film vom Fischaugentyp mit einer Breite von 35 mm zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennz eichnet, daß er auf seinen beiden Rändern zwei symmetrische Reihen von acht Perforationen pro kreisförmig'em Bild mit einem Durchmesser von 32 mm aufweist, das in Längsrichtung in der Nähe einer dieser symmetrischen Perforationsreihen abgeflacht ist.

15· Film vom Fjschaugentyp mit einer Breite von 70 mm zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 5 bis 7', dadurch gekennzeichnet, daß oer Film auf seinen beiden Rändern zwei symmetrische Reihen von I5 Perforationen pro kreisförmigem Bild mit 64 mm aufweist, das in Längsrichtung in der Nähe einer der symmetrischen Perforationsreihen abgeflacht ist.

16. Film vom Fischaugentyp mit einer Breite von 35 mm zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1,2 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Film auf seinen beiden Rändern zwei symmetrische Reihen von vier Perforationen pro kreisförmigem Bild mit einem Durchmesser von 23 mm aufweist, das in Querrichtung abgeflacht ist und sich in ein Rechteck von 23 x 18,6 mm einschreiben kann.

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17· Film vom Fischaugentyp mit einer Breite von 70 mm zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Film auf seinen beiden Rändern zwei symmetrische Reihen von acht Perforationen pro kreisförmigem Bild mit einem Durchmesser von 46 mm aufweist-, das in Querrichtung abgeflacht ist und in ein Rechteck von 46 χ 37,2 mm eingeschrieben ist.

18. Film vom Fischaugentyp mit einem Durchmesser von 16 mm zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Film auf seinen beiden Rändern zwei symmetrische Perforationsreihen aufweist, die untereinander den gleichen Abstand aufweisen, wie kreisförmige Bilder mit einem Durchmesser von 8 mm, die nebeneinander auf dem Film angeordnet sind und die jeweils zwei que'r verlaufende symmetrische Abflachungen aufweisen, wobei diese Bilder in Rechtecke von 8 x 7*4 mm eingeschrieben sind.

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