DE4034661A1 - Kleinprojektor zur abbildung eines kosmischen objekts, beispielsweise des sternhimmels - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kleinprojektor zur Abbil­ dung eines kosmischen Objekts, beispielsweise des Sternhimmels oder der Oberfläche eines Planeten oder Satelliten, auf einer Bildfläche, mit einer rotierbaren und von innen beleuchteten Objektkugel, auf deren Mantelfläche sich eine das abzubildende Objekt durch unterschiedliche Lichtdurchlässigkeit darstellende Objektschicht befindet.

Diese Kleinprojektoren dienen insbesondere zur Projektion des Fixsternhimmels, vor allem für didaktische Zwecke, vorzugsweise für Schulen, Volkssternwarten oder Gruppen von Sternfreunden.

Nach dem Stand der Technik gibt es einen Kleinprojektor (DE 32 5 527 A1) dieser Art, welcher zur Projektion des Fixstern­ himmels dient und bei dem die Abbildung auf einem Schirm er­ folgt, der als eine mit der Objektkugel konzentrische Hohlkugel ausgebildet ist. Dabei erfolgt die Abbildung mit Hilfe einer zentralen Punktlichtlampe, von der aus Lichtstrahlen auf gerad­ linigem Weg durch die Lichtdurchtrittsöffnungen der Objektkugel auf den hohlkugelförmigen Schirm fallen. Diese Anordnung hat verschiedene Nachteile. Ein Nachteil besteht darin, daß wegen der Wellennatur des Lichtes die Abbildungen kleiner Lichtdurch­ trittsöffnungen nicht scharf, sondern von Beugungsphänomenen entstellt sind. Ein anderer Nachteil besteht darin, daß mit dem Schirm auch die Abbildung selbst sphärisch gekrümmt ist und da­ her nicht direkt auf einer ebenen Schicht aufgefangen oder groß­ flächig durch eine Objektivlinse auf einem entfernt liegenden Reflexionsschirm projiziert werden kann. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß man die sphärische Abbildung nicht von innen, sondern von außen betrachtet, wodurch sich der randständige Bereich der Abbildung nicht auf den Beobachter zu wölbt, sondern von ihm weg wölbt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die obengenannten Nachteile zu vermeiden. Insbesondere erstrebt sie die Möglichkeit, große Bereiche der Himmelskugel in einer Ebene oder einer nur schwach gekrümmten Fläche abzubilden, derart, daß diese Abbildung direkt von dieser Fläche auf einer ebenen Folie aufgefangen oder mit Hilfe eines Objektivs auf einem vorzugswei­ se ebenen Schirm projiziert werden kann.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß in den optischen Weg zwischen der Objektschicht und der Bildfläche ein Lichtleit­ faserpaket mit zwei Stirnflächen eingeschaltet ist, von denen die lichteintrittsseitige Stirnfläche sich dem jeweils abzubil­ denden Teil der Objektschicht anschmiegt und auf deren lichtaus­ trittsseitiger Stirnfläche ein Primärbild des kosmischen Objekts auftritt.

Die Verwendung von Lichtleitfasern für die Fixsternprojek­ tion ist an sich bekannt. Bei einer Anordnung dieser Art (DE 36 41 049 A1) befindet sich ein Lichtleitfaserbündel zwischen dem Kondensor und der sogenannten Sternplatte, also der die Objektschicht tragenden Platte. Der erklärte Zweck dieser Anord­ nung besteht darin, die Helligkeit der Abbildung zu erhöhen. Weil also das Lichtleitfaserbündel schon vor der Objektschicht liegt, kann es naturgemäß keine in der Objektschicht enthaltene Information weiterleiten. Demgegenüber liegt bei der erfindungs­ gemäßen Anordnung das Lichtleitfaserpaket erst nach der Objekt­ schicht. Es trägt die in der Objektschicht enthaltene Informa­ tion von seiner lichteintrittsseitigen Stirnfläche zu seiner lichtaustrittsseitigen Stirnfläche.

Diese Informationsübertragung von der lichteintrittsseitigen zur lichtaustrittsseitigen Stirnfläche hat keine beliebig gute Schärfe, sondern zeigt Körnigkeit, die durch die Dicke der Lichtleitfasern gegeben ist. Somit überträgt das Lichtleitfaser­ paket die Information der sphärisch gekrümmten Objektschicht auf eine grundsätzlich beliebig geformte Fläche, und diese Informa­ tionsübertragung hat eine durch die Dicke der Lichtleitfasern begrenzte Schärfe. Die erste Eigenschaft ist vorteilhaft, die zweite Eigenschaft ist nachteilig. Beide Eigenschaften zusammen machen jedoch die erfindungsgemäße Anordnung in ganz spezifi­ scher Weise geeignet für die Abbildung eines kosmischen Objekts. Denn einerseits sind solche Objekte kugelig, und ist es wichtig, die über ihre Kugeloberfläche erstreckte Information auf eine zweckentsprechende Fläche zu übertragen - andererseits bedarf es zur Abbildung vieler kosmischer Objekte keiner besonderen Schär­ fe. Das wird sofort an zwei Beispielen klar.

Wird beispielsweise als kosmisches Objekt die Himmelskugel abgebildet, so werden die hellen Sterne als Scheibchen mit einem Durchmesser wiedergegeben, der viel größer ist als der Durch­ messer der Lichtleitfasern. Die schwachen Sterne dagegen liegen mit ihrer Helligkeit an der Grenze der Sichtbarkeit. Daher werden sie ohnehin nicht als scharfe kleine Scheibchen, sondern nur als schwache lokale Lichteindrücke wahrgenommen. Wird aber beispielsweise als kosmisches Objekt der Planet Erde abgebildet, so ist das vor allem bedeutungsvoll für Übersichtsdarstellungen. Werden in einem solchen Fall statistische Angaben etwa als Kreis- oder Vieleckflächen dargestellt, so kommt es dabei im allgemeinen nicht auf die Feinheit der Darstellung, sondern auf die Einfachheit des Vergleichs mit anderen Bereichen der Kugel­ oberfläche an.

Der Gegenstand der Erfindung ist ein Kleinprojektor, das heißt ein Projektor, der im allgemeinen kleiner ist als die unter dem Namen Planetarium bekannten Großanlagen, in denen viele hundert Zuschauer unter einer riesigen Kuppel versammelt sind, auf die der Projektor den Sternhimmel projiziert. Die typische Größe des Kleinprojektors ist so gedacht, daß die Einrichtung tragbar ist und in einem Koffer transportiert werden kann. Ein solcher Kleinprojektor kann beispielsweise zur Projektion an eine Zimmer- oder Saaldecke dienen oder mit hinaus unter den freien Sternhimmel genommen werden. Besonders bei der Benutzung im Freien ist es wichtig, daß das auf der lichtaustrittsseitigen Stirnfläche des Lichtleitfaserpakets auftretende Primärbild auch direkt genutzt werden kann. Das kann etwa durch direkte Betrach­ tung geschehen oder durch Auflegen einer Folie, die als Schirm dient. Die Folie kann aber auch als photographische Schicht oder besonders vorteilhaft als nachleuchende Schicht ausgebildet sein.

Einfachheitshalber bezieht sich die nachfolgende Beschreibung der Erfindung, wenn nicht anders vermerkt, auf einen Kleinpro­ jektor zur Abbildung des Fixsternhimmels.

Die Beleuchtung der Objektkugel von innen kann auf verschiedens­ te Weise geschehen. Das Licht kann beispielsweise durch eine Lichtquelle im Inneren der Objektkugel erzeugt werden, oder es kann von außen hineingeführt werden. Mit Hilfe unterschiedlicher oder nur teilweiser Ausleuchtung des Inneren können Phasenverän­ derungen von kosmischen Objekten dargestellt werden. Mit Hilfe eines gekrümmten Spiegels und/oder einer Kondensorlinse kann im Inneren der Objektkugel der Lichtstrom in Richtung auf das Lichtleitfaserpaket gelenkt werden. Selbstverständlich kann auch mit unterschiedlichen Farbtönungen gearbeitet werden.

Die Objektschicht stellt die Information des abzubildenden kosmischen Objekts durch unterschiedliche Lichtdurchlässigkeit dar. Das kann im einfachsten Fall bei der Darstellung des Stern­ himmels dadurch geschehen, daß die Objektschicht den Nachthimmel durch Lichtundurchlässigkeit, die Sterne durch scheibchenförmige Stellen mit voller Lichtdurchlässigkeit darstellen; die hellen Sterne werden dabei durch größere, die schwachen Sterne durch kleinere Stellen dargestellt. Man kann aber auch verschiedene Grade von Lichtdurchlässigkeit benutzen; beispielsweise durch Darstellung der hellen Sterne als Stellen mit voller Lichtdurch­ lässigkeit und Darstellung schwacher Sterne als Stellen mit nur teilweiser Lichtdurchlässigkeit. Es ist vorteilhaft, wenn die Lichtdurchlässigkeit eine spektrale Abhängigkeit zeigt, so daß die Abbildung unterschiedliche Farben aufweist. So können bei­ spielsweise die originalen Farben der hellen Sterne wiedergege­ ben werden; oder es können etwa alle Sterne in weiß, alle sie zu Sternbildern verbindenden Linien in rot und alle Beschriftungen in blau ausgeführt werden.

Das Lichtleitfaserpaket des erfindungsgemäßen Kleinprojektors enthält dünne Fasern aus hochtransparenten optischen Mate­ rialien. In diesen Fasern wird das Licht geleitet, indem es durch vielfältige Totalreflexionen im Randbereich der Fasern am Verlassen derselben gehindert wird. Normalerweise besteht jede Faser aus dem lichtleitenden Kern, aus dem diesen Kern umgeben­ den Mantel, der optisch dünner ist als der Kern und dadurch an seiner inneren Grenzfläche die Totalreflexion verursacht und ganz außen aus einer absorbierenden Hülle. Diese Hülle soll den störenden Übertritt des Lichtes von einer Faser in eine benach­ barte Faser ganz oder weitgehend verhindern. Die Lichtleitfasern können in an sich bekannter Weise verschiedenen Typus haben: beispielsweise als Lichtleiter mit großem Kern, als Lichtleiter mit kleinem Kern (mono-mode-faser), als Lichtleiter mit Luft­ mantel oder als Lichtleiter mit stetigem Übergang vom Kern zum Mantel, wobei Brechung statt Totalreflexion auftritt. Besonders geeignet sind Lichtleitfasern mit großem Kern. Bei ihnen ist das Verhältnis von geleitetem zu absorbiertem Licht für die in Frage kommenden kurzen Strecken günstig.

Weil das Lichtleitfaserpaket des erfindungsgemäßen Kleinpro­ jektors zur Übertragung von Bildinformation dient, müssen die in ihm enthaltenen Lichtleitfasern wohlgeordnet verlaufen; beispielsweise, indem sie überall parallel zueinander verlaufen oder wenigstens lokal quasiparallel nebeneinander herlaufen. Die Übertragung von Bildinformation durch Lichtleitfaserbündel ist ja von der medizinischen Endoskopie und der technischen Inspek­ tion unzugänglicher Hohlräume her bekannt.

Bei den letztgenannten Anwendungsgebieten bekannter Art werden aber die Lichtleitfasern in anderer Weise und zu einem anderen Zweck eingesetzt als bei der Erfindung. Bei der Endoskopie und der Hohlrauminspektion benutzt man lange dünne und meistens fle­ xible Bündel von Lichtleitfasern. Solche Bündel dienen dazu, die Information auf langen und verschlungenen Wegen zu leiten. Bei der Erfindung dagegen benutzt man ein kurzes und breites Licht­ leitfaserpaket, das im wesentlichen starr ausgebildet sein kann. Hier geht es nicht um die Informationsübertragung auf einem lan­ gen und verschlungenen Weg, sondern um eine Informationsumfor­ mung, nämlich die Umformung der auf einer Kugelkalotte erstreck­ ten Information auf eine analoge Information, die sich über eine andere Fläche, vorzugsweise eine Ebene erstreckt. Mit einem solchen Lichtleitfaserpaket nach der Erfindung läßt sich bei­ spielsweise die gesamte Himmelshalbkugel, die an einem wahlweise vorgegebenen geographischen Ort und einer wahlweise vorgegebenen Zeit sichtbar ist, in einfacher Weise auf eine Ebene abbilden.

Die Lichtleitfasern des erfindungsgemäßen Lichtleitfaserpakets können etwa in üblicher Weise als Glas- oder Quarzfasern ausge­ bildet sein. Solche Glasfasern sind vorteilhaft durch einen or­ ganischen Kunststoff miteinander verbunden, beispielsweise ver­ preßt. Es ist vorteilhaft, wenn diese Verbindung der Fasern un­ tereinander und die Halterung des Lichtleitfaserpakets als Gan­ zes nicht zu starr, sondern etwas nachgiebig ist, damit sich das Paket der Objektkugel gut anschmiegt. Das Paket kann natürlich auch aus mehreren aneinandergefügten Teilpaketen aufgebaut sein.

Die lichteintrittsseitige Stirnfläche des Lichtleitfaserpakets ist konkav und hat im wesentlichen die Form einer Kugelkalotte. Diese Stirnfläche schmiegt sich der Objektschicht möglichst dicht an. Denn zu große Zwischenräume zwischen dieser Stirnflä­ che und der Objektschicht verursachen Unschärfe der Abbildung. Es ist anzustreben, daß eine möglichst eindeutige Zuordnung be­ steht, zwischen der jeweiligen Stelle des Lichtaustritts aus der Objektschicht und einer zugehörigen Lichtleitfaser des Licht­ leitfaserpakets. In den meisten Anwendungsfällen ist das dann in ausreichendem Maß gewährleistet, wenn der Zwischenraum zwischen der Objektschicht und der lichteintrittsseitigen Stirnfläche an keiner Stelle dicker als zehn Mikrometer ist. In der Praxis ist es aber normalerweise nicht sonderlich nachteilig, wenn dieser Zwischenraum stellenweise die Dicke von dreißig oder sogar fünf­ zig Mikrometern erreicht. Das sei kurz aufgezeigt.

Eine Lichtleitfaser kann bekanntlich nur solches Licht weiter­ leiten, das nicht zu schräg zu ihrer Längsachse verläuft. Daher kann das von einer punktförmig gedachten Stelle der Objekt­ schicht sich ausbreitende Licht nur dann von den sich anschmie­ genden Lichtleitfasern weitergeleitet werden, wenn dieses Licht innerhalb eines gewissen Winkelbereiches liegt. Aufgrund dieser Tatsachen läßt sich das erfindungsgemäße Lichtleitfaserpaket so einrichten, daß der zwischen Objektschicht und Stirnfläche be­ findliche Zwischenraum eine Unschärfe bringt, die nicht wesent­ lich größer oder sogar kleiner als die Dicke dieses Zwischenrau­ mes ist. Unter diesen Umständen ist sogar eine Zwischenraumdicke von dreißig Mikrometern gut in Kauf nehmbar. Denn sie entspricht dann einem Unschärfebereich von rund dreißig Mikrometern - und das entspricht seinerseits auf einen Abstand von 200 Millimetern dem Auflösungsvermögen des menschlichen Auges.

Eine Zwischenraumdicke von stellenweise bis zu dreißig Mikrome­ tern läßt sich auch ohne spezielle Vorkehrungen mühelos errei­ chen. Wenn nämlich beispielsweise sowohl die Objektkugel als auch das Lichtleitfaserpaket im wesentlichen aus Glas bestehen, so kann man deren thermischen Ausdehnungskoeffizienten größen­ ordnungsmäßig zu je einem Hunderttausendstel pro Kelvin veran­ schlagen. Selbst wenn Objektkugel und Lichtleitfaserpaket bei starken Temperaturwechseln eine Temperaturdifferenz von dreißig Kelvin erreichen, dann bedeutet das erst eine Differenz von drei Zehntausendsteln, bei hundert Millimetern Linearerstreckung also erst von dreißig Mikrometern. Die dreißig Mikrometer dieses Beispiels treten aber nicht tatsächlich auf, sondern sie werden von der Elastizität des Materials aufgefangen oder wenigstens zu wesentlich kleineren Zwischenraumdicken verteilt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Kleinprojektor ein Objektiv enthält, welches sich im Abstand von der lichtaustrittsseitigen Stirnfläche des Lichtleitfaserpa­ kets befindet und das Primärbild auf einen vorzugsweise ebenen Bildschirm projiziert. Ein derartiges Objektiv kann als auswech­ selbarer oder als stets zugehöriger Teil des erfindungsgemäßen Kleinprojektors vorgesehen sein. Als ebener Bildschirm kommt vor allem eine Zimmer- oder Saaldecke in Frage; aber auch vertikale Wände oder am Boden liegende Flächen sind geeignet.

Die handelsüblichen Objektive sind gewöhnlich als Mehrfachlinsen ausgebildet und darauf eingerichtet, eine ebene Objektfläche auf eine ebene Bildfläche abzubilden. Falls ein derartiges Objektiv benutzt wird, empfiehlt sich eine eben ausgebildete lichtaustrittsseitige Stirnfläche des Lichtleitfaserpakets - zu­ mal dadurch wahlweise die Möglichkeit gegeben ist, anstelle der Projektion durch das Objektiv, das Primärbild direkt durch eine auf diese Stirnfläche aufgelegte ebene Folie abzunehmen. Eine wesentliche Vereinfachung und Gewichtsverringerung des Objektivs läßt sich durch die Verwendung von einfarbigem Licht erzielen. Das Objektiv bedarf dann keiner Farbkorrektor.

Große Einfachheit zeichnet ein Lichtleitfaserpaket aus, in dem alle Lichtleitfasern überall zueinander parallel liegen. Mit ei­ nem derartigen Lichtleitfaserpaket läßt sich aber nur ein mäßi­ ger Teil der Himmelshalbkugel abbilden. Ein wesentlich größerer Teil der Himmelshalbkugel läßt sich dadurch abbilden, daß die randständigen Lichtleitfasern des Lichtleitfaserpaket gekrümmt sind und daß sie, in Richtung des optischen Weges gerechnet, auf der Lichteintrittsseite stärker, auf der Lichtaustrittsseite schwächer oder gar nicht auseinanderlaufen. Mit einer derartigen Anordnung kann man theoretisch beliebig große Kugelkalotten abbilden, sogar solche, die wesentlich größer als eine Halbkugel sind. Bei einer wirkungsmäßig und fertigungstechnisch bevorzug­ ten Ausführungsart des Lichtleitfaserpakets ist der Füllfaktor der Lichtleitfasern auf ihrem ganzen Weg angenähert konstant. Für ein Lichtleitfaserpaket, in dem alle Lichtleitfasern kon­ stanten und einander gleichen kreisförmigen Querschnitt haben, bedeutet das nichts anderes, als daß - senkrecht zur jeweiligen lokalen Lichtleitrichtung gerechnet - die Zahl der Lichtleitfa­ sern pro Einheitsquerschnitt überall angenähert gleich ist.

Theoretisch ideal ist die vollständige Abbildung der Himmels­ halbkugel; also 100% der Halbkugel und somit 50% der gesamten Himmelskugel. Aus Gründen der praktischen Erfordernis und der einfachen technischen Realisierbarkeit kann es aber vorteilhaf­ ter sein, die Himmelshalbkugel nicht ganz bis zum Horizont abzu­ bilden. Auch am wirklichen Sternhimmel sieht man ja die Sterne normalerweise nicht bis zum Horizont.

Es ist vorteilhaft, wenn die lichteintrittsseitige Stirnfläche des Lichtleitfaserpakets mindestens 40% der Objektkugel abdeckt. Bei Nichtberücksichtigung der Strahlenbrechung am wirk­ lichen Sternhimmel und bei voller Abbildung des abgedeckten Be­ reichs der Objektkugel entspricht dies einer mindestens 80 %igen Abbildung der Himmelshalbkugel. Für rotationssymmetrische Abbil­ dung bedeutet das eine Kalotte, die den Winkelbereich zwischen dem Zenit und weniger als 11,6 Winkelgrad über dem Horizont umfaßt. Besonders günstig sind Kalotten, die den Winkelbereich zwischen dem Zenit und einigen Winkelgraden über dem Horizont umfassen. Das entspricht einer etwa 46% bis 48% betragenden Abdeckung der Objektkugel durch die lichteintrittsseitige Stirnfläche.

Derartige Anforderungen können durch Lichtleitfaserpakete mit teilweise gekrümmt verlaufenden Lichtleitfasern erfüllt werden; insbesondere, wenn diese Lichtleitfasern in der weiter oben be­ schriebenen Weise gekrümmt verlaufen. Für die technische Reali­ sation der Erfindung ist die Frage wichtig, ob derartige Licht­ leitfaserpakete genügend präzis und mit vertretbarem wirtschaft­ lichen Aufwand hergestellt werden können. Das ist der Fall. Er­ wähnt sei folgendes vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung des Lichtleitfaserpaketes:

Man geht von einem zylindrischen Rohling mit zueinander parallelen Lichtleitfasern aus, die durch einen bei Erwärmung weich werdenden Kunststoff miteinander verbunden sind. Zunächst wird die lichteintrittsseitige Stirnfläche rotationssymmetrisch konkav ausgenommen, sodann wird der durch Erwärmen verformbar gemachte Rand der Ausnehmung durch eine Matrize mit sich konisch verengender Aushöhlung nach innen gepreßt, und schließlich wird nach erfolgter Abkühlung die derart veränderte Ausnehmung durch materialabtragende Nacharbeit zur endgültigen lichteintrittssei­ tigen Stirnfläche korrigiert. Durch den Druck der sich konisch verengenden Aushöhlung in der Matrize werden die randständigen, ursprünglich geradlinig verlaufenden Lichtleitfasern zur gedach­ ten Mittelachse hin gekrümmt. Das kann aber nur dadurch in der gewünschten, weitgehend rotationssymmetrischen Weise geschehen, daß sich der Umfang des Randes der Ausnehmung gleichmäßig verringert. Das Material des Randes versucht, diesem Prozeß auszuweichen, indem es Wellen wirft. Eine vorteilhafte Möglich­ keit zur Unterdrückung derartiger Wellenbildung besteht darin, daß während des Preßvorganges das Lichtleitfaserpaket und die Matrize rasch um ihre Symmetrieachse rotiert werden. Die dabei auftretenden starken Zentrifugalkräfte pressen das Material des Randes nach außen an die Wand der sich konisch verengenden Ma­ trizenaushöhlung.

Nach diesem Verfahren erhält man ein weitgehend rotationssymme­ trisches Lichtleitfaserpaket mit angenähert konstantem Füllfak­ tor. Falls die einzelnen Lichtleitfasern ihren konstanten kreis­ scheibenförmigen Querschnitt beibehalten, kann die beschriebene Deformation des Randes durch den Preßvorgang sich nur vollzie­ hen, indem die Lichtleitfasern ihre Lage zueinander verändern; indem beispielsweise die lichteintrittsseitigen Enden von zwei randständigen Lichtleitfasern vor der Deformation tangential nebeneinander, nach der Deformation aber radial nebeneinander liegen. Daher ist das aus der Deformation hervorgegangene Licht­ leitfaserpaket im Mikrobereich nicht mehr streng rotationssym­ metrisch. Das schadet aber nicht, wenn Lichtleitfasern mit ge­ nügend kleinem Durchmesser verwendet werden; beispielsweise mit einem Durchmesser von 5 bis 10 Mikrometern.

Wie schon erwähnt, kann durch die Verwendung von einfarbigem Licht eine Vereinfachung des Objektivs erzielt werden. Eine hinzukommende oder davon unabhängige Vereinfachung des Objektivs läßt sich dadurch erreichen, daß die lichtaustrittsseitige Stirnfläche des Lichtleitfaserpakets eine unebene rotationssym­ metrische Fläche bildet, die auf die optischen Eigenschaften des Objektivs abgestimmt ist. Die Herstellung der letztgenannten unebenen Fläche ist zwar etwas teuerer als die Herstellung einer ebenen Fläche. Dafür kann aber durch die Vereinfachung des Ob­ jektivs eine beträchtliche Einsparung erzielt werden. Unter Um­ ständen genügt als Objektiv sogar schon eine Fresnellinse.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Kleinprojektors der Erfin­ dung besteht darin, daß die lichtaustrittsseitige Stirnfläche des Lichtleitfaserpakets im wesentlichen eben ausgebildet und leicht zugänglich ist, so daß in einfacher Weise nachleuchtende Folien zur Belichtung auf sie aufgelegt und wieder von ihr abgenommen werden können. Damit kann sich eine Gruppe von Stern­ freunden draußen unter dem Sternhimmel laufend nachleuchtende Darstellungen der Sternhalbkugel beschaffen. Jeder Teilnehmer kann dann seine nachleuchtende Darstellung über sich halten und sieht sie auf diese Weise nicht spiegelverkehrt, sondern seiten­ richtig wie bei einer Projektion an die Zimmerdecke.

Besonders günstige Beleuchtungsverhältnisse im Inneren der Ob­ jektkugel erhält man dadurch, daß die Objektkugel innerhalb der Objektschicht als lichtdurchlässige Trägerhohlkugel ausgebildet ist und daß die Objektschicht an nicht lichtdurchlässigen Stel­ len das von innen auffallende Licht zu einem hohen Prozentsatz zurückwirft, vorzugsweise durch Verspiegelung. Die Zurückwerfung beziehungsweise die Reflexion des Lichtes nach innen darf diffus oder spiegelig sein. Diffuse Zurückwerfung durch eine weiße Flä­ che erreicht eine Albedo bis über 0,90, spiegelige Zurückwerfung durch eine Silberspiegelfläche erreicht einen Zurückwerfungsgrad von über 0,95. Derartige Zurückwerfung von Licht durch Teile der Objektschicht ist vor allem dann hochwirksam, wenn nur ein rela­ tiv kleiner Teil der Objektschichtfläche lichtdurchlässig ist. Das ist bei der Darstellung des Fixsternhimmels der Fall. Denn im Vergleich zur Fläche des schwarzen Hintergrundes ist die Flä­ che der Sterne und etwaiger Verbindungslinien und Beschriftungs­ zeichen nur unbedeutend. Unter diesen Umständen bildet sich in einer Objektkugel der vorausgehend beschriebenen Art ein Strah­ lungsgleichgewicht, welches erstens eine einigermaßen gleichmä­ ßige Innenbeleuchtung der Objektschicht und zweitens eine au­ ßerordentlich hohe Ausnutzung der Beleuchtungsenergie gewährlei­ stet. Letzteres ist wichtig, damit die Objektkugel nicht durch zu hohe Aufnahme von Beleuchtungsenergie zu warm wird und damit bei einem Batterie-gespeisten Kleinprojektor der Energievorrat sich nicht zu rasch erschöpft.

Falls die Objektkugel große auszuwechselnde Bauelemente enthält, ist sie zweckmäßig zweiteilig aufgebaut, beispielsweise aus zwei aneinandergesetzten Halbhohlkugeln, die etwa durch Nut und Feder, durch Verschraubung, durch Magnetkraft oder dergleichen zusammengehalten sind. Als Material der Trägerhohlkugel kann ein organischer Kunststoff gewählt sein - gegebenenfalls mit eingelagerten Glasfasern zur Herabsetzung des thermischen Aus­ dehnungskoeffizienten. Die Objektkugel darf aber auch einteilig sein und eine Öffnung zur Befestigung der Objektkugel, zur Ein­ führung der Beleuchtungsenergie und/oder zum Auswechseln kleiner Bauelemente aufweisen. Vor allem für derartige einteilige Bau­ weise eignet sich Glas als Werkstoff der Trägerhohlkugel. Eine geeignete Glashohlkugel läßt sich etwa durch Blasen in einer Form herstellen. Sie kann danach nachgeschliffen oder gegebe­ nenfalls mit einem genau maßhaltigen Kunststoffmantel umgeben werden.

Die Aufbringung der Objektschicht auf die lichtdurchlässige Trägerhohlkugel kann etwa durch chemisches oder galvanisches Abschneiden oder durch Aufdampfen erfolgen, beispielsweise als 5 Mikrometer dicke Spiegelschicht aus Silber mit darüber gelagerter ebenso dicker harter Chromschicht zum Schutz gegen Abrieb. Bei dieser Aufbringung können die als lichtdurchlässig vorgesehenen Stellen von vorneherein freigelassen werden. Stattdessen können die lichtdurchlässigen Stellen der Objekt­ schicht durch Ätzen oder Laserstrahlausbrennung aus einer ursprünglich zusammenhängenden lichtundurchlässigen Schicht her­ gestellt werden. Die eigentliche Objektschicht kann von einer durchsichtigen Schutz- und Gleitschicht bedeckt sein.

Die Innenbeleuchtung der Objektkugel kann in der Weise gesche­ hen, daß die Objektkugel durch eine in ihrem Inneren befindliche Lichtquelle beleuchtet ist und daß diese durch elektrische oder elektromagnetische Energie gespeist wird, welche von außerhalb der Objektkugel zugeführt wird. Als Lichtquelle eignet sich beispielsweise eine Halogenglühbirne. Eine solche Glühbirne kann unmittelbar durch die von außerhalb der Objektkugel zugeführte Energie gespeist werden, ober über eine aufladbare Batterie, die ebenfalls im Inneren der Objektkugel untergebracht ist. Diese Batterie und etwaige zusätzliche Bauelemente im Inneren der Objektkugel sind zweckmäßig weiß oder spiegelnd umkleidet, damit sie das Strahlungsgleichgewicht im Inneren der Trägerhohlkugel nicht stören.

Die Zuführung elektrischer Energie von außerhalb der Kugel kann beispielsweise in der Weise erfolgen, daß die Objektschicht elektrisch leitend und durch dünne Trennlinien in gegeneinander isolierte Teilbereiche unterteilt ist, daß über von außen an­ liegende Schleifkontakte diese Teilbereiche elektrisch gespeist werden und daß diese Teilbereiche die elektrische Energie über die Trägerhohlkugel durchdringende Stifte nach innen zur auflad­ baren Batterie und/oder direkt zur Lichtquelle leiten. Zur Ver­ meidung von Kurzschlüssen können in den Stromweg innerhalb der Trägerhohlkugel elektrische Gleichrichter eingeschaltet sein.

Die Zuführung elektromagnetischer Energie von außerhalb der Kugel kann etwa durch niederfrequente oder hochfrequente magne­ tische Wechselfelder erfolgen, die außerhalb der Objektkugel in Induktionsschleifen hervorgerufen und innerhalb der Objektkugel von Induktionsschleifen aufgefangen werden. Elektromagnetische Energie kann aber auch auf andere Weise von außerhalb der Objektkugel zugeführt werden; beispielsweise als ultraviolettes Licht, das fluoreszierende Substanzen im Inneren der Objektkugel zur Lichtaussendung anregt.

Eine andere Art der Innenbeleuchtung der Objektkugel besteht da­ rin, daß das zu deren Innenbeleuchtung dienende Licht von außen durch eine Lichteinlaßöffnung der Objektkugel in deren Inneres hineingeführt wird. Nach diesem Verfahren wird in der Objektku­ gel nur die Energie des zur Beleuchtung dienenden Lichtes selbst freigesetzt, nicht aber die viel größere Energie, mit deren Hilfe dieses Licht erzeugt wird. Bei Glühlampen ist die letzt­ genannte Energie mehr als zehnmal so groß wie die Energie des Lichtes selbst. Daher kann man nach diesem Verfahren der Licht­ hineinführung von außerhalb mit hohen Lichtleistungen arbeiten, ohne daß sich dabei die Objektkugel unzulässig erwärmt.

Die Hineinführung des Lichtes in die Objektkugel von außerhalb kann in verschiedener Weise erfolgen. Eine Möglichkeit besteht darin, das Licht irgendwo außerhalb der Objektkugel zu erzeugen und über ein gegebenenfalls flexibles Lichtleitfaserbündel ins Innere derselben hineinzuführen. Die Hineinführung des Lichtes kann aber auch ohne Lichtleitfasern erfolgen: Vorteilhaft erzeugt man das Licht in einem fest mit der Objektkugel ver­ bundenen Anhang, beispielsweise in einem zugleich zur Bewegung der Objektkugel dienenden Handgriff. Aus diesem Anhang kann das Licht mit Hilfe eines Reflektorspiegels und einer Kondensorlinse direkt in die Objektkugel hineingeführt werden.

Für manche Zwecke reicht es aus, wenn die Objektkugel nur um eine einzige Achse drehbar ist. Vorteilhafter ist es aber, wenn bei unbewegtem Lichtleitfaserpaket die Objektkugel Rotationsbe­ wegungen mit zwei rotatorischen Freiheitsgraden ausführen kann. Das bedeutet, daß die Objektkugel von jeder nicht randständigen Lage aus in jeder beliebigen Richtung gedreht werden kann. Darin liegt ein entscheidender Vorteil gegenüber den üblichen Aus­ schnitts-Sternkarten, die nur um eine Achse drehbar sind, also nur einen einzigen rotatorischen Freiheitsgrad haben.

Der erfindungsgemäße Kleinprojektor läßt sich sogar in einer Weise gestalten, die unterbrechungslos den Übergang von jedem Ausschnitt der Himmelskugel zu jedem anderen gewünschten Aus­ schnitt gestattet. Das wird erreicht, wenn die Objektkugel Rota­ tionsbewegungen in jeder beliebigen Richtung ausführen und jede beliebige Winkelposition einnehmen kann. Dieser Fall ist durch eine Objektkugel gegeben, die auf ihrer gesamten Oberfläche kon­ stante Krümmung hat oder die wenigstens an keiner Stelle ihrer Oberfläche einen Vorsprung aufweist, der das Eintauchen in den Anschmiegungsbereich der lichteintrittsseitigen Stirnfläche des Lichtleitfaserpakets verhindern könnte. Dessen ungeachtet darf die Objektkugel starr oder halbstarr mit einem Drehgriff, einer Energiezuführung oder dergleichen verbunden sein, falls diese Verbindung sich im Bedarfsfall lösen und sich dadurch jede ge­ wünschte Position der Objektkugel erreichen läßt. Eine derartige Verbindung kann beispielsweise durch permanentmagnetische Kräfte verwirklicht sein.

Eine vorteilhafte Ausbildung des Kleinprojektors der Erfindung besteht darin, daß die Objektkugel an einem Achsstummel befe­ stigt ist, der sowohl zur mechanischen Führung der Objektkugel als auch zur Energiezufuhr für deren innere Beleuchtung dient. Dieser Achsstummel kann mit einem Handgriff verbunden sein, in dem sich die Lichtquelle zur Innenbeleuchtung der Objektkugel und gegebenenfalls die Batterie zur zeitweiligen oder dauernden Speisung dieser Lichtquelle befindet.

Himmelsprojektoren sollen imstande sein, die von der Erde aus beobachtete zeitliche Drehung des Sternhimmels darzustellen. Der Kleinprojektor der Erfindung ermöglicht das in einfacher Weise dadurch, daß die Objektkugel um einen an ihr befestigten Achs­ stummel drehbar ist, daß die Drehachse des Achsstummels und die optische Achse des Kleinprojektors in einer gemeinsamen Ebene liegen und daß der Winkel zwischen der Drehachse des Achsstum­ mels und der optischen Achse des Kleinprojektors mindestens im Bereich zwischen O° und 70° verstellbar ist. Der Achsstummel ist zweckmäßig dort an der Objektkugel befestigt, wo diese den Him­ melsnordpol oder den Himmelssüdpol darstellt und seine Drehachse soll möglichst genau durch das Zentrum der Objektkugel gehen.

Unter den im vorhergehenden Absatz genannten Umständen wird durch die Drehung des Achsstummels um seine Drehachse eine Drehung der damit verbundenen Objektkugel bewirkt, welche die zeitliche Drehung des Sternhimmels darstellt, während die Ver­ stellung des Winkels zwischen der Drehachse des Achsstummels und der optischen Achse des Kleinprojektors einer Veränderung der geographischen Breite entspricht, von der aus die zeitliche Dre­ hung des Sternhimmels beobachtet wird. Wenn der genannte Winkel Oo ist, entspricht das einer Beobachtung des Sternhimmels vom Nordpol oder vom Südpol aus, also einer Beobachtung von 90° geo­ graphischer Breite. Wenn der genannte Winkel 70° ist, entspricht das einer Beobachtung von 20° geographischer Breite.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Winkel zwischen der Drehachse des Achsstummels und der optischen Achse des Kleinprojektors mindestens im Bereich zwischen 0° und 90° verstellbar ist und daß beim Winkel von 90° der Achsstummel teilweise in eine Aussparung des Randes des Lichtleitfaserpakets zu liegen kommt. In dieser Ausgestaltung kann die zeitliche Drehung des Sternhimmels dargestellt werden, wie sie von einem beliebigen nördlichen oder südlichen Standpunkt unserer Erde aus erscheint. Das für den genannten Winkel von 90° vorgesehene Einliegen des Achsstummels in die Aussparung ist nur dann erfor­ derlich, wenn die lichteintrittsseitige Stirnfläche des Licht­ leitfaserpakets fast eine Hälfte der Objektkugel bedeckt und so­ mit die Abbildung fast die vollständige Himmelshalbkugel umfaßt. Diese Aussparung bedeutet den Wegfall eines kleinen, beispiels­ weise halbkreisförmigen Bereichs in Horizontnähe.

In der zuletzt beschriebenen Ausgestaltung zeigt der Sternpro­ jektor bei bescheidenem Aufwand einen hohen Grad von Vollkommen­ heit. Der Zuschauer kann die zeitliche Drehung des Sternhimmels beispielsweise von jedem beliebigen Standpunkt der Nordhalbkugel der Erde miterleben - jeweils als Abbildung der fast vollständi­ gen Himmelshalbkugel. Das Erlebnis ist besonders eindrucksvoll, wenn die Abbildung an eine Zimmer- oder Saaldecke projiziert ist. Freilich ist eine derartige Abbildung auf eine ebene Fläche notwendig verzerrt, weil man eine Kugeloberfläche nicht verzer­ rungsfrei auf eine Ebene abbilden kann. Aber diese Verzerrung ist nicht sonderlich störend, weil sie - im Gegensatz zu der Verzerrung auf den üblichen drehbaren Ausschnitts-Sternkarten - nur eine mäßige Verzerrung ist, die vom verzerrungsfreien Zenit aus gegen den Horizont langsam in rotationssymmetrischer Weise zunimmt.

Präzise und einfache Verstellbarkeit des Winkels zwischen der Drehachse des Achsstummels und der optischen Achse des Kleinprojektors wird vorteilhaft dadurch bewerkstelligt, daß der Achsstummel drehbar auf einem Schwenkbügel befestigt ist, der seinerseits um eine Achse schwenkbar ist, welche senkrecht zur Drehachse des Achsstummels steht. Mit diesem Schwenkbügel läßt sich in einfacher Weise ein Zeiger verbinden, der auf einer Skala anzeigt, welcher geographischen Breite des Beobachters der eingestellte Winkel entspricht.

Ein mit Achsstummel ausgestatteter Kleinprojektor der Erfindung kann zur Darstellung sowohl der Himmelsnordhalbkugel als auch der Himmelssüdhalbkugel benutzt werden, falls zwei gegeneinander austauschbare Objektkugeln benutzt werden. Gegebenenfalls ist es zweckmäßig, nicht nur die Objektkugel als solche auszuwechseln, sondern die Objektkugel zusammen mit dem sie tragenden Achs­ stummel und dem diesen lagernden Schwenkbügel. Eine andere Mög­ lichkeit, sowohl die Himmelsnordhalbkugel aus auch die Himmels­ südhalbkugel darzustellen besteht darin, daß nur eine einzige Objektkugel benutzt wird und daß diese zwei Öffnungen zur wahl­ weisen Einsenkung des Achsstummels hat, die eine dort wo ihre Objektschicht den Himmelssüdpol und die andere dort wo diesen den Himmelsnordpol darstellt, und daß die jeweils dem Achsstum­ mel abgewandte Öffnung durch Objektschicht tragendes Material ausgefüllt ist. Der Sinn der letztgenannten Maßnahme besteht darin, in der Abbildung des Sternhimmels ein Loch an der Stelle zu vermeiden, wo sich die dem Achsstummel abgewandte Öffnung in der Objektkugel befindet. Zu diesem Zweck soll das ausfüllende Material lichtdurchlässig sein und das von ihr getragene Stück Objektschicht die durch die Öffnung unterbrochene Objektschicht möglichst lückenlos ergänzen.

Der Kleinprojektor der Erfindung füllt eine Lücke zwischen einerseits den üblichen Sterngloben und den Sternkarten mit ver­ änderlichem Ausschnitt und andererseits den Großplanetarien für zahlreiche Besucher.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung sche­ matisch dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 in einem Längsmittelschnitt die prinzipielle Anordnung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 die Ansicht einer Objektkugel,

Fig. 3 bis 5 je einen Längsmittelschnitt durch eine Objektkugel mit zugehörigem Lichtleitfaserpaket,

Fig. 6 einen Längsmittelschnitt durch eine Vorrichtung zur Her­ stellung eines Lichtleitfaserpakets mit gekrümmten Licht­ leitfasern,

Fig. 7 die Vorderansicht eines teilweise geschnittenen Kleinpro­ jektors,

Fig. 8 die Seitenansicht, ebenfalls teilweise geschnitten, des Kleinprojektors nach Fig. 7,

Fig. 9 in größerem Maßstab, ebenfalls teilweise geschnitten, das Lichtleitfaserpaket und die Objektkugel mit Schwenkbügel und Beleuchtungseinrichtung,

Fig. 10 einen Schnitt gemäß der Linie X-X in Fig. 9.

Bei der Ausführung nach der Fig. 1 ist eine Objektkugel 1 vorgesehen, die aus einer lichtdurchlässigen Trägerhohlkugel 2 und einer von dieser getragenen Objektschicht 3 besteht. Im Zentrum der Objektkugel 1 befindet sich eine Lichtquelle 4, beispielsweise eine Halogenglühlampe. Der Objektkugel 1 ist ein Lichtleitfaserpaket 5 zugeordnet, welches zahlreiche dünne Lichtleitfasern 6 enthält, von denen nur einige gezeigt sind.- Die lichteintrittsseitige Stirnfläche 7 des Lichtleitfaserpakets 5 schmiegt sich dem abzubildenden Teil der Objektschicht 3 an. Die lichtaustrittsseitige Stirnfläche 8 des Lichtleitfaserpakets 5 zeigt eine schwach konkave Wölbung. Im Abstand davon ist ein Objektiv 9, einfachheitshalber als einfache Linse dargestellt. Das Objektiv 9 kann aber auch als zusammengesetztes starres Ob­ jektiv, als Zoomobjektiv oder einfach als Fresnellinse ausgebil­ det sein. Ein der Abbildung dienender Bildschirm 10 ist nur aus­ schnitthaft und in zu geringem Abstand vom Objektiv 9 gezeigt.

In Fig. 2 blickt man auf die Objektschicht 3 der Objektkugel 1. Die die Sterne darstellenden lichtdurchlässigen Stellen 11a der Objektschicht 3 sind weiß, der den dunklen Hintergrund darstel­ lende lichtundurchlässige Bereich 11b der Objektschicht 3 ist schwarz wiedergegeben. Etwaige lichtdurchlässige Verbindungsli­ nien, Schriftzeichen oder Symbole der Objektschicht 3 sind in Fig. 2 nicht dargestellt.

In den Fig. 3 bis 5 erkennt man jeweils die Trägerhohlkugel 2 mit der Objektschicht 3, sowie das mit seiner lichteintrittssei­ tige Stirnfläche 7 sich daran anschmiegende Lichtleitfaserpaket 5, dessen lichtaustrittsseitige Stirnfläche 8 eben ist. In die­ sen Figuren sind auch im Lichtleitfaserpaket 5 enthaltene typi­ sche Lichtleitfasern 6 zu sehen.

In Fig. 3 sind die Lichtleitfasern 6 des Lichtleitfaserpakets 5 alle zueinander parallel. Das hat den Vorteil, daß dieses ein­ fach hergestellt und die Anschmiegung seiner lichteintrittssei­ tigen Stirnfläche 7 an die Objektschicht 3 einfach bewerkstel­ ligt werden kann. Letzteres ist deshalb einfach, weil sich diese Stirnfläche 7 nur an einen mäßig großen Bereich der Objektkugel anschmiegt. Damit verbindet sich naturgemäß der Nachteil, daß die Abbildung nur einen mäßig großen Bereich der Fixsternhalbku­ gel wiedergibt.

Grundsätzlich läßt sich nach der Erfindung sogar mehr als die Hälfte der Objektschicht 3 in einer Abbildung zusammenfassen. Eine derart weit erstreckte Abbildung ist aber meistens nicht erforderlich, weil man ja vom natürlichen Fixsternhimmel auch nur eine Hälfte sieht. Zudem bedarf es zur Verwirklichung einer derartigen Abbildung eines aufwendigen Lichtleitfaserpakets 5, das mehrteilig sein muß, damit man die Objektkugel 1 einsetzen kann.

Die Ausführung nach Fig. 4 ist in doppelter Hinsicht ein Idealfall: Erstens weil die lichteintrittsseitige Stirnfläche 7 sich an die gesamte Fläche der einen Hälfte der Objektschicht 3 anschmiegt, somit also die unbeschnittene Fixsternhalbkugel abgebildet wird und zweitens weil alle Lichtleitfasern 6 an der lichteintrittsseitigen Stirnfläche 7 senkrecht auf der Objekt­ schicht 3 stehen. Dieses Senkrechtstehen gewährleistet gleiche Lichteinfallsbedingungen für alle Lichtleitfasern 6; zudem gewährleistet es bei wohlgeordnetem Verlauf und konstantem Füll­ faktor der Lichtleitfasern 6 eine Abbildung, die man in der Kar­ tographie als flächentreu bezeichnet. Das heißt, sie bildet an jeder Stelle eine infinitesimal kleine Kreisfläche als Ellipse gleichen Flächenmaßes ab.

Für diesen ebengenannten Idealfall läßt sich der theoretische Wert des Verhältnisses zwischen dem Radius R der ebenen licht­ austrittsseitigen Stirnfläche 8 und dem Radius r der sphärischen Objektschicht 3 angeben: dieses Verhältnis R/r ist gleich der Quadratwurzel aus der Zahl 2. Denn mit diesem Verhältnis ist die ebene Fläche R²π der lichtaustrittsseitigen Stirnfläche 8 gleich der sphärischen Fläche 2r²π der Objektschicht-Halbkugel­ oberfläche.

Das Lichtleitfaserpaket 5 nach Fig. 5 hat mit demjenigen nach Fig. 4 gemeinsam, daß in beiden Fällen die randständigen Lichtleitfasern 6 gekrümmt sind und daß sie von der lichtein­ trittsseitigen Stirnfläche 7 beginnend, auseinanderlaufen. Die Krümmung der Lichtleitfasern 6 ist rotationssymmetrisch und um so stärker, je weiter diese von der Längsmittelachse 12 entfernt sind. In der Nähe der lichtaustrittsseitigen Stirnfläche 8 lau­ fen die Lichtleitfasern 6 angenähert parallel.

Im Gegensatz zum Lichtleitfaserpaket 5 nach Fig. 4, schmiegt sich die lichteintrittsseitige Stirnfläche 7 des Lichtleitfa­ serpakets 5 nach Fig. 5 nicht an die gesamte Fläche der einen Hälfte der Objektschicht 3 an, sondern nur an einen großen Teil derselben, so daß ein horizontnaher Bereich der Fixsternhalbku­ gel unabgebildet bleibt. Ebenso im Gegensatz zu Fig. 4, treffen nach Fig. 5 die randständigen Lichtleitfasern 6 an der lichtein­ trittsseitigen Stirnfläche 7 nicht mit einem Winkel von 90° auf die Objektschicht 3, sondern nur mit einem Winkel von rund 80°. Man kann die Konstruktion nach Fig. 5 als ein kleines Zugeständ­ nis an die Einfachheit der technischen Verwirklichung auffassen. In gewissem Sinn ist diese Ausbildung ein sehr günstiger Kompro­ miß zwischen der Ausbildung nach Fig. 3 und derjenigen nach Fig. 4.

Das Lichtleitfaserpaket 5 nach Fig. 5 ist mit Kunststoff zu ei­ nem einteiligen oder mehrteiligen kompakten Paket verpreßt, des­ sen äußere Kontur 5a so geformt ist, daß es in einem Gehäuse ge­ lagert werden kann. Diese Lagerung und/oder die innere Struktur des Lichtleitfaserpakets 5 ist vorteilhaft etwas nachgiebig oder federnd, damit sich das Lichtleitfaserpaket 5 der Objektkugel 1 in deren jeweiliger Lage bestmöglich anschmiegen kann.

Die Vorrichtung nach Fig. 6 dient zur Herstellung des Licht­ leitfaserpakets 5 nach Fig. 4 oder 5. Der zylindrische Rohling 13 besteht aus dicht gepackten, zueinander parallelen gläsernen Lichtleitfasern 6. Diese sind mittels eines Kunststoffes verbunden, der vorzugsweise bei mäßiger Erwärmung weich wird. Nach Fig. 6 hat der Rohling 13 seinen ersten Arbeitsgang schon hinter sich: er weist bereits eine rotationssymmetrische konkave Ausnehmung 14 auf. Diese hat näherungsweise die Form eines Rotationsparaboloids und ist beispielsweise durch Ausfräsen von Material aus der ursprünglich ebenen Schnittfläche des Rohlings 13 herausgearbeitet worden. Als weiterer Herstellungsgang wird der Rohling 13 und insbesondere der Rand 15 seiner Ausnehmung 14 erwärmt und dadurch der verbindende Kunststoff erweicht. Fig. 6 zeigt den Zustand, in dem sich die Matrize 16 anschickt, in ach­ sialer Richtung gegen den Rohling 13 vorzurücken und dadurch mit ihrer sich konisch verengenden Aushöhlung 17 den erweichten Rand 15 nach innen zu pressen. Diese Deformation des Randes 15 voll­ zieht sich durch die Krümmung der Lichtleitfasern 6 und durch deren gegenseitige Verschiebung, welche infolge der thermischen Erweichung des verbindenden Kunststoffs möglich ist. Die Defor­ mation läßt sich in einer optisch gut definierten Weise voll­ ziehen, wenn die gläsernen Lichtleitfasern 6 bei der Erwärmung nicht wesentlich erweicht werden und ihre Querschnittsgestalt und ihre Querschnittsfläche beibehalten.

Die bereits weiter oben beschriebene Rotation des Lichtleitfa­ serpakets 5 und der Matrize 16 um ihre Symmetrieachse 18 zwecks Vermeidung von Wellenbildung im Rand 15 ist durch gekrümmte Pfeile angedeutet. Zusätzlich zu dieser Rotation oder an deren Stelle kann die Anpressung des Randes 15 an die Wand der Aushöh­ lung 17 auch mit Hilfe von Preßluft oder von Preßflüssigkeit er­ folgen, welche durch eine in der Matrize 16 befindliche Bohrung 19 zugeführt wird.

Bei dem in den Fig. 7 und 8 dargestellten Kleinprojektor ist die Objektkugel 1 an einem Achsstummel 20 befestigt, der seinerseits mit einem Handgriff 21 starr verbunden ist. Der Achsstummel 20 ist drehbar in einem Stummellager 22 gelagert, welches fest mit einem Schwenkbügel 23 verbunden ist. Somit überträgt sich eine Drehung des Handgriffs 21 über den Achsstummel 20 auf die Ob­ jektkugel 1.

Der Achsstummel 20 ist dort an der Objektkugel 1 befestigt, wo auf der den Fixsternhimmel darstellenden Objektschicht 3 der Himmelssüdpol liegt. Das bedeutet: Bei festgehaltenem Schwenkbü­ gel 23 und gedreht werdendem Handgriff 21 beschreiben die abge­ bildeten Fixsterne Bewegungen, welche die zeitliche Bewegung der Himmelskugel so darstellen, wie sie von einem Betrachter auf der nördlichen Halbkugel der Erde beobachtet wird. Das heißt, der Himmelsnordpol dreht sich um sich selber, alle anderen Stellen des Himmels drehen sich um ihn.

Der Schwenkbügel 23 ist in Fig. 7 voll ausgeschwenkt, er bildet mit der optischen Achse 24 des Kleinprojektors einen Winkel Kleinprojektor den Fixsternhimmel so dar, wie er von einem Betrachter am Äquator beobachtet wird. Der Himmelsnordpol liegt dabei am Horizont. In Fig. 8 ist der Schwenkbügel 23 gar nicht ausgeschwenkt, die Drehachse des Achsstummels 20 liegt in der optischen Achse 24. In dieser Stellung stellt sich der Fixstern­ himmel so dar, wie der vom Nordpol aus beobachtet wird. Um die durch die Drehung des Handgriffs 21 simulierte zeitliche Drehung des Fixsternhimmels für jeden beliebigen Beobachtungsstandpunkt auf der Nordhalbkugel darzustellen, genügt es, wenn der Schwenk­ bügel 23 die ungeschwenkte Stellung nach Fig. 8, die um 90° nach der einen Seite geschwenkte Stellung nach Fig. 7 oder eine da­ zwischen liegende Stellung einnimmt. Die in den Fig. 7 und 8 ge­ zeigte Ausbildung erlaubt aber auch eine Schwenkung nach der an­ deren Seite, aber wegen der Unsymmetrie des Schwenkbügels 23 nur bis zu einem Winkel von etwa 70°.

Der Schwenkbügel 23 schwenkt einerseits um den äußeren Lager­ zapfen 25 und andererseits um den inneren Lagerzapften 26. Die gemeinsame Drehachse dieser beiden Lagerzapfen 25 und 26 geht durch den Mittelpunkt der Objektkugel 1. Die beiden Lagerzapfen 25 und 26 bewegen sich in zwei zweiteiligen Lagern. Der jeweils untere Teil dieser beiden Lager ist die äußere Lagerschale 27 und die innere Lagerschale 28. Die beiden Lagerschalen 27 und 28 sind am Gehäuse 29 durch nicht eingezeichnete Verbindungen, bei­ spielsweise Schraubverbindungen, befestigt. Durch Öffnen dieser Verbindungen lassen sich die Lagerschalen 27 und 28 abnehmen und auf diese Weise der Schwenkbügel 23 mit darin gelagertem Achs­ stummel 20 und daran einerseits befestigter Objektkugel 1 und andererseits befestigtem Handgriff 21 herausnehmen. Das ist bei­ spielsweise dann erforderlich, wenn die Objektkugel 1 gegen eine andere Objektkugel ausgetauscht werden soll, deren Objektschicht beispielsweise den von der Südhalbkugel der Erde aus beobachte­ ten Fixsternhimmel darstellt.

Das Gehäuse 29 besteht zuunterst aus der Bodenplatte 30, von der sich ein Batteriebehälter 31 nach oben erstreckt. Der Batteriebehälter 31 enthält die Batterien sowie bei Verwendung aufladbarer Batterien ein Netzteil, das zum Wiederaufladen dieser Batterien oder gegebenenfalls zum Direktbetrieb des Kleinprojektors am Starkstromnetz dient. Die elektrische Energie zur Innenbeleuchtung der Objektkugel 1 wird vom Batteriebehälter in den Handgriff 21 zur Lichtquelle 4 geführt. Die vorgenannten elektrischen Bauelemente sind in den Zeichnungen nicht einge­ zeichnet.

Der Batteriebehälter 31 ist Teil des Gehäuses 29. Er dient nicht nur der Stromversorgung, sondern ist zugleich das mechanisch tragende Element der übrigen Teile des Kleinprojektors und kann zugleich als Traggriff für den Kleinprojektor ausgebildet sein.

An den als Batteriebehälter 31 ausgebildeten Teil des Gehäuses 29 schließt sich der den Schwenkbügel 23, das Lichtleitfaserpa­ ket 5 und den Tubus 32 tragende Teil des Gehäuses 29 an.

Der Tubus 32 dient zur Halterung des Objektivträgers 33 und hält zugleich von der Seite kommendes Streulicht ab. Der Tubus 32 ist vom Gehäuse 29 abnehmbar. Ohne Tubus 32 kann der Kleinprojektor zur Belichtung von lichtempfindlichen oder nachleuchtenden Fo­ lien dienen, die auf die lichtaustrittsseitige Stirnfläche 8 des Lichtleitfaserpakets 5 gelegt werden. Im Objektivträger 33 ist das Objektiv 9 untergebracht. Der Objektivträger 33 ist längs­ verschiebbar, um den Abstand des Objektivs 9 von der lichtaus­ trittsseitigen Stirnfläche 8 des Lichtleitfaserpakets 5 an den jeweiligen Abstand des Bildschirms 10 anpassen zu können.

Der in den Fig. 7 und 8 in der Ansicht gezeigte Handgriff 21 ist in Fig. 9 vergrößert und im Querschnitt zu sehen. Er enthält die Lichtquelle 4, den parabolischen Reflektor 34 und die Kondensor­ linse 35. Die Innenwände des Handgriffs 21 und der Lichtkanal 36 im Inneren des Achsstummels 20 sind verspiegelt, damit das von der Lichtquelle 4 ausgehende Licht möglichst vollständig in das Innere der Objektkugel 1 gelangt. Etwaige Vorkehrungen im Inneren der Objektkugel 1 zur möglichst gleichmäßigen Verteilung der Leuchtdichte im Inneren derselben sind nicht gezeigt. Des­ gleichen sind etwaige Vorkehrungen zur Kühlung des Handgriffs 21 nicht gezeigt. Mit seinem lichtaustrittsseitigen Teil 37 ist der Handgriff 21 auf den Achsstummel 20 aufgeschraubt. Der Deckel 38 des Handgriffs 21 mit dem parabolischen Reflektor 34 ist abnehm­ bar und gestattet den Zugang zur auswechselbaren Lichtquelle 4.

In den Fig. 9 und 10 hat der Schwenkbügel 23 dieselbe Stellung wie in Fig. 7. Es ist vorteilhaft, wenn der Schwenkbügel 23 in jeder möglichen Stellung auf einfache Weise, beispielsweise mittels der Lagerschalen 27 und 28, fixiert werden kann und wenn mit Hilfe einer Skala 39 und eines am Schwenkbügel 23 befestig­ ten Zeigers 40 die Stellung desselben quantitativ ablesbar ist.

Bezugszeichenliste

 1 Objektkugel
 2 Trägerhohlkugel
 3 Objektschicht
 4 Lichtquelle
 5 Lichtleitfaserpakat
 5a Kontur von 5
 6 Lichtleitfaser
 7 Lichteintrittsseitige Stirnfläche
 8 Lichtaustrittsseitige Stirnfläche
 9 Objektiv
10 Bildschirm
11a Lichtdurchlässige Stelle
11b Lichtundurchlässiger Bereich
12 Längsmittelachse
13 Rohling
14 Ausnehmung des Rohlings
15 Rand der Ausnehmung
16 Matrize
17 Aushöhlung der Matrize
18 Symmetrieachse
19 Bohrung in der Matrize
20 Achsstummel
21 Handgriff
22 Stummellager
23 Schwenkbügel
24 Optische Achse
25 Äußerer Lagerzapfen
26 Innerer Lagerzapfen
27 Äußere Lagerschale
28 Innere Lagerschale
29 Gehäuse
30 Bodenplatte des Gehäuses
31 Batteriebehälter des Gehäuses
32 Tubus
33 Objektivträger
34 Reflektor
35 Kondensorlinse
36 Lichtkanal
37 Lichtaustrittsseitiger Teil des Handgriffs
38 Deckel des Handgriffs
39 Skala
40 Zeiger

Claims (19)

1. Kleinprojektor zur Abbildung eines kosmischen Objekts, beispielsweise des Sternhimmels oder der Oberfläche eines Planeten oder Satelliten, auf einer Bildfläche, mit einer rotierbaren und von innen beleuchteten Objektkugel, auf deren Mantelfläche sich eine das abzubildende Objekt durch unter­ schiedliche Lichtdurchlässigkeit darstellende Objektschicht befindet, dadurch gekennzeichnet, daß in den optischen Weg zwischen der Objektschicht und der Bildfläche ein Licht­ leitfaserpaket mit zwei Stirnflächen eingeschaltet ist, von denen die lichteintrittsseitige Stirnfläche sich dem jeweils abzubildenden Teil der Objektschicht anschmiegt und auf deren lichtaustrittsseitiger Stirnfläche ein Primärbild des kosmi­ schen Objekts auftritt.

2. Kleinprojektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kleinprojektor ein Objektiv enthält, welches sich im Ab­ stand von der lichtaustrittsseitigen Stirnfläche befindet und das Primärbild auf einen vorzugsweise ebenen Bildschirm pro­ jiziert.

3. Kleinprojektor nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die randständigen Lichtleitfasern des Lichtleitfaserpakets gekrümmt sind und daß sie, in Rich­ tung des optischen Weges gerechnet, auf der Lichteintritts­ seite stärker, auf der Lichtaustrittsseite schwächer oder gar nicht auseinanderlaufen, und daß vorzugsweise der Füllfaktor der Lichtleitfasern auf ihrem ganzen Weg angenähert konstant ist.

4. Kleinprojektor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die lichteintrittsseitige Stirn­ fläche mindestens 40% der Objektkugel abdeckt.

5. Kleinprojektor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des Lichtleitfa­ serpakets von einem zylindrischen Rohling mit zueinander pa­ rallelen, mittels eines thermoplastischen Kunststoffes zusam­ mengehaltenen Lichtleitfasern ausgegangen wird, daß zunächst dessen lichteintrittsseitige Stirnfläche rotationssymmetrisch konkav ausgenommen wird, daß sodann der durch Erwärmen verformbar gemachte Rand der Ausnehmung durch eine Matrize mit sich konisch verengender Aushöhlung nach innen gepreßt wird, und daß schließlich nach erfolgter Abkühlung die derart veränderte Ausnehmung durch materialabtragende Nacharbeit zur endgültigen lichteintrittsseitigen Stirnfläche korrigiert wird.

6. Kleinprojektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung des Lichtleitfaserpakets ein unerwünsch­ tes Wellen des Randes der Ausnehmung bei dessen nach innen gerichtetem Pressen, durch rasche Rotation des Lichtleitfa­ serpakets um seine Symmetrieachse unterdrückt wird.

7. Kleinprojektor nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtaustrittsseitige Stirn­ fläche eine unebene rotationssymmetrische Fläche bildet, die auf die optischen Eigenschaften des Objektivs abgestimmt ist.

8. Kleinprojektor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtaustrittsseitige Stirn­ fläche im wesentlichen eben ausgebildet und leicht zugänglich ist, so daß in einfacher Weise nachleuchtende Folien zur Be­ lichtung auf sie aufgelegt und wieder von ihr abgenommen wer­ den können.

9. Kleinprojektor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektkugel innerhalb der Ob­ jektschicht als lichtdurchlässige Trägerhohlkugel ausgebildet ist und daß die Objektschicht an nicht lichtdurchlässigen Stellen das von innen auffallende Licht zu einem hohen Pro­ zentsatz zurückwirft, vorzugsweise durch Verspiegelung.

10. Kleinprojektor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß lichtdurchlässige Stellen der Objektschicht durch Ätzen aus einer ursprünglich zusammenhän­ genden lichtundurchlässigen Schicht hergestellt sind.

11. Kleinprojektor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektkugel durch eine in ihrem Inneren befindliche Lichtquelle beleuchtet ist und daß diese durch elektrische oder elektromagnetische Energie gespeist wird, welche von außerhalb der Objektkugel zugeführt wird.

12. Kleinprojektor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Innenbeleuchtung der Ob­ jektkugel dienende Licht von außen durch eine Lichteinlaßöff­ nung der Objektkugel in deren Inneres hineingeführt wird.

13. Kleinprojektor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei unbewegtem Lichtleitfaserpa­ ket die Objektkugel Rotationsbewegungen mit zwei rotatori­ schen Freiheitsgraden ausführen kann.

14. Kleinprojektor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektkugel Rotationsbewegungen in jeder beliebigen Rich­ tung ausführen und jede beliebige Winkelposition einnehmen kann.

15. Kleinprojektor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektkugel an einem Achs­ stummel befestigt ist, der sowohl zur mechanischen Führung der Objektkugel als auch zur Energiezufuhr für deren innere Beleuchtung dient.

16. Kleinprojektor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektkugel um den Achsstummel drehbar ist, daß die Dreh­ achse des Achsstummels und die optische Achse des Kleinpro­ jektors in einer gemeinsamen Ebene liegen und daß der Winkel zwischen der Drehachse des Achsstummels und der optischen Achse des Kleinprojektors mindestens im Bereich zwischen 0° und 70° verstellbar ist.

17. Kleinprojektor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen der Drehachse des Achsstummels und der optischen Achse des Kleinprojektors mindestens im Bereich zwischen 0° und 90° verstellbar ist und daß beim Winkel von 90° der Achsstummel teilweise in eine Aussparung des Randes des Lichtleitfaserpakets zu liegen kommt.

18. Kleinprojektor nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Achsstummel drehbar auf einem Schwenkbügel befestigt ist, der seinerseits um eine Achse schwenkbar ist, welche senkrecht zur Drehachse des Achsstum­ mels steht.

19. Kleinprojektor nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektkugel zwei Öffnungen zur wahlweisen Einsenkung des Achsstummels hat, die eine dort wo ihre Objektschicht den Himmelssüdpol und die andere dort wo diese den Himmelsnordpol darstellt, und daß die jeweils dem Achsstummel abgewandte Öffnung durch Objektschicht tra­ gendes Material ausgefüllt ist.