Насадка к кинопроектору для проектирования звездной системы на вогнутую сферическую поверхность Советский патент 1934 года по МПК G09B27/02 

Оптический планетарий, изобретенный проф. Бауэрсфельдом и построенный фирмой К. Цейсе, представляет собой безусловно весьма остроумный демонстрационный прибор, высокое значение которого в деле широкого распространения астрономических знаний и ликвидации религиозных предрассудков среди трудящихся масс неоспоримо. Однако, этот прибор обладает одним досадным недостатком, сильно ограничивающим возможность его широкого распространения; этот недостаток-его чрезвычайная сложность. Аппарат содержит П9 проекционных оптических систем, имеюu ix большей частью сложные механические органы управления.

Предлагаемое изобретение имеет своей целью дать возможность проектировать на сферический экран (купол) все эффекты, получаемые в цейссовском планетарии (и некоторые эффекты, для последнего недоступные) при помощи обычного кинопроекционного аппарата стационарного типа. Для этого перед объективом кинопроектора монтируется дополнительная оптическая система, заключенная в вертикальную трубу и состоящая из следующих частей: 1) в нижней головке трубы - призма, направляющая пучки лучей, выходящие из объектива кинопроектора, вертикально вверх, 2) в средней части трубы-длиннофокусный объектив, дающий увеличенное дей(451)

ствительное изображение кинокадра с находящимся на нем снимком звездного небесного свода, и, наконец, 3) в верхней головке трубы семь широкоугольных проекционных объективов, из которых один имеет вертикальную ось, а оси остальных объективов наклонены к вертикали на определенный угол посредством расположенных над ними отражателей (призм). Углы поля зрения этих объективов- рассчитаны таким образом, что ими- полностью покрывается целая полусфера.

Конструкция такой насадки на кинопроекционный аппарат неизмеримо проще планетария Цейсса. Поэтому, кинопланетарий предлагаемой конструкции доступен не только крупным центрам, но и самым мелким городам СССР и может сыграть решающую роль в области научной и антирелигиозной пропаганды.

Съемка фильмов для кинопланетария должна производиться через такую же насадку при помощи обыкновенной киносъемочной камеры и может быть выполнена либо в цейссовском планетарии в Москве, либо мультипликационным способом в специальном помещении кинофабрики.

Применение говорящего кино делает в кинопланетарии излишним специального лектора; таким образом, обслуживание кинопланетария ничем не отличается от обслуживания обычной киноустановки и может выполняться не имеющим никакой специальной подготовки киномехаником.

На прилагаемых чертежах показан пример выполнения кинопланетария, причем на фиг. 1 дана схема оптики кинопроектора и трубы кинопланетария с ходом лучей; на фиг. 2-разрез объектива икспресс фирмы Росс; на фиг. 3-пер пективный схематический вид верхней головки кинопланетария и сферического купола в частичном разрезе с указанием всех величин, необходимых для расчета поля зрения широкоугольных объективов; на фиг. 4 - кинокадр с указанием формы полей зрения отдельных объективов и всех величин, необходимых для расчета; на фиг. 5-разрез верхней головки трубы кинопланетария; на фиг. б - наружный вид верхней головки кинопла«етария и разрез остальной трубы вертикальной плоскостью; на фиг. 7-общий вид установки трубы кинопланетария на . :тационарном кинопроекционном аппарате; на фиг. 8- схематический разрез зала и всей установки кинопланетария.

Оптика кинопланетария вместе с кинопроектором, считая по ходу лучей, состоит из следующих частей, показанных «а фиг. 1 схематически:

1)вогнутое зеркало /дуговой лампы, направляющее пучки лучей, идущие от источника света (кратера)2 через фильм5 и объектив 4;

2)кинопроекционный объектив 4, устанавливаемый таким образом, чтобы выходящие из него пучки лучей были параллельными; следовательно, фильм 5 должен быть в фокальной плоскости объектива 4. Объектив этот обладает обычной (высокой) светосилой и углом поля зрения, присущим нормальным кинопроекционным объективам; указанные детали относятся к кинопроектору; далее следуют оптические детали самой насадочной трубы кинопланетария;

3)прямоугольная призма 5, помещающаяся в параллельном ходе лучей за объективом 4 и направляющая пучки лучей вдоль вертикальной оси трубь;;

4)длиннофокусный объектив 6, собирающий параллельные пучки лучей, идущие от объектива 4, в своей задней фокальной плоскости 7. Этот объектив 6 располагается таким образом, что его

передний фокус лежит в объективе 4. Таким образом, пучок главных лучей, Идущий из объектива 4, после объектива 6 становится параллельным. Это условие чрезвычайно важно дпя возможности применения описанной ниже оптической конструкции верхней головки трубы. Отношение фокусных длин объективов 6 и /определяет величину изображения 7 кинокадра 5, а следовательно и диаметр трубы кинопланетари ; с другой стороны этим отношением определяется также при заданной фокусной длине объектива - и фокусная длина объектива 6, а следовательно и длина трубы кинопланетария. В предлагаемом примере это отношение взято равным пяти, причем получен внутренний диаметр трубы в 100 Л1м и высота ее может быть вьгполнена в пределах от 1 до 1,8 м при ф кусных длинах объектива 4 кинопроектора от 100 до 180 ММ;

5)стеклянная пластинка 8, на которой в плоскости изображения нанесена черным лаком рамка, соответствующая очертанию изображения на кинофильме 3 (фиг. 4);

6)коллективные линзы 9, Юн II, из коих линза Ю имеет шестиугольную форму, расположена в середин е и окружена шестью линзами такой же силы, обрезанными по форме рамки (фиг. 4). Все линзы могут быть непосредственно наЕ леены на пластинку 8. Параллельный пучок главных лучей, идущий от объектива 6, разбивается этими коллективными линзами на семь сходящихся пучков, собирающихся в расположенных над ними объективах;

7)широкоугольные проекционные объективы 12, 13 и J4 с параллельными осями, проектирующие изображение, получаемое на плоскости 7, на купол кинопланетария. При этом центральный объектив /5 проектирует свою часть изображения на середину купола, в то время, как шесть окружающих его объективов покрывают своими полями зрения боковые части купола, причем оси их отклонены на опредепенный угол от вертикали посредством помещенных над ними призм (на показанных на фиг. 1). Все семь объективов укреплены в верхней стенке камеры, помещающейся в верхней головке трубы кинопланетария; камера эта разбита перегородками 15 на семь отдельных камер. От объективов требуется конструкцией поле зрения - 80.

.Этому требованию удовлетворяет изображенный в разрезе (фиг. 2) фотографический объектив ,икспресс фирмы Росс со светосилой 1 :4. Однако, эта светосила, как показывает расчет, является в рассматриваемом случае излишней, так как для использования этого светового потока, прошедшего через объектив, достаточна светосила объективов 12, 13 и 14, равная 1 :9. Поэтому целесообразно произвести специальный расчет таких объективов за счет уменьшения светосилы, достигая упрощения конструкции, улучшен1 я коррекции и уменьлиения потери света в стекле линз. Коррекция хроматизма должна быть обычной в проекционных системах.

Для расчета Г1оля зрения объективов можно воспользоваться перспективой согласно фиг. 3, изображающей в частичном разрезе купол кинопланетария и верхнюю часть его насадочной трубы. На внутренней поверхности купола представлены границы полей, покрываемых отдельными объективами (сплошные линии) и некоторые вспомогательные линии (пунктир). Кроме того, на куполе нанесены необходимые для расчета обозначения. Расчет может быть произведен путем решения образующихся на куполе сферических треугольников; при этом все величины получаются в угловой мере. . На основании произведенного ра счета вычерчена фиг. 4 и сконструирована верхняя головка трубы кинопланетария, представленнаЯхКа фиг. 5 в разрезе. Основной корпус 16 головки связан с трубой /7 кинопланетария соединительным патрубком 18, удерживающим на своем месте стеклянную пластинку 8 с наклеенными на нее коллективными линзами 9, 10 и 11. Внутри корпус /5 разделен перегородками 15 на части, соответствующие полям зрения объективов 12, 13 и 14; эти объективы в своих оправах укреплены в верхней крышке корпуса /б, для чего в ней высверлены семь отверстий. На корпусе 16 установлена головная часть 19, имеющая внешнюю форму усеченной правильной щестигранной пирамиды и несущая призмы 20, которые

направляют оси боковых объективов 12 и 14 под углом в 25° к горизонту. Призмы эти удерживаются в своем положении крыщкой 21, имеющей семь отверстий для пропуска света, идущего об объективов 12, 13 и 14. Как на верхнем; горизонтальном срезе головной части 19,. так и на боковых ее поверхностях имеются окна, закрытые защитными стеклами 22, 23 и 24. О наружном виде верхней головки кинопланетария можно судить по ее перспективному виду на фиг. 3 и по фиг. б, представляющей в ртикальный разрез трубы кинопланетария, верхняя головка которой не разрезана.

Как видно из фиг. б, нижняя головка 25 трубы 17 заключает в себе приз му 5; укрепленную в .оправе 25. Последняя может быть повернута вокруг оси 27,. причем призма 5 займет,показанное пуктиром положение. Нижняя головка 25 имеет два окна, закрытые защитными стеклами 28 и 29. При опущенной призме 5 свет, удущий от объектива 4 кинопроектора, войдя в нижнюю головку 25 через стекло 25, направляется призмой 5 вдоль вертикальной оси трубы 17. При поднятой призме свет проходит через защитные стекла 28 и 29 напрямик. В таком положении объектив 4 может проектировать изображение на обыкновенный плоский экран.

В средней части трубы 17 укреплен в оправе 30 двухлинзовый объектив 6.

На-фиг, 7 показан общий вид установки трубы 17 кинопланетария на кинопроекционном аТтпарате. Труба крепится к столу 31 кинопроектора посредством кронштейна .2 способом, допускающим регулировку ее положения относительно объектива 4 кинопроектора, для каковой цели и служит маховичок 55. Далее труба 17 удерживается в вертикальном положении при помощи сдвоенной рамы 5-/, охватывающей с обоих боков кожух 35 дуговой лампы проектора. Раме 34 и всей установке придано такое очертание, чтобы не затруднять доступа к требующим обслуживания, частям кинопроектора. Труба 17 охватывается втулками 36 и 37, укреплёнными на раме 34 и для юстировки положения трубы //снабженными эксцентричными кольцами.

Возвыщенйе центра купола над осьюобъектива 4 определяется примерно как;

;удесятеренная фокусная длина объектива б.

Фиг. 8 представляет разрез зрительного зала кинопланетария. Внешним эллипсоидальным или параболоидаль-ным куполом охватывается легкий внутренний купол, обтянутый белым полотном (сферический экран). Вблизи центра этого купола помещается аппаратная будка из несгораемого материала, содержащая аппаратуру кинопланетария. Последняя представляет собой обычного типа кинопроектор, на котором установлена описанная выше насадочная труба. Верхний конец этой трубы проходит через отверстие в потолке будки, причем центр верхней головкИ трубы совпа-дает с центром купола. В передней стенке будки имеется окно, через которое кинопроектор может проектировать также и на обыкновенный экран, помещенный на эстраде. Последняя устроена в пристройке, широкой аркой соединенной с купольным залом и образующей с ним одно общее помещение. В междукупольном пространстве и за экраном на эстраде установлены громкоговорители для звукового кино. На поверхности купола показаны пунктиром границы полей зрения объективов.

Особому рассмотрению следует подвергнуть вопрос о яркости изображения звезд на сферическом экране. Подсчет показывает, что линейное увеличение .для кинопланетария равняется приблизительно 1000X. Так как увеличение в кино-установках (стационарах) применяется 200 X, а освещенность пропорциональна квадрату увеличения, то нетрудно подсчитать, что освещенность сферического экрана кинопланетария примерно в 25 раз меньше освещенности обычного киноэкрана. Однако, это рассуждение неправильно. Мы имеем в рассматриваемом случае дело с точеч ными объектами. Из теории светосилы оптических приборов известны следую.цдие выражения для светосилы:

1.Для точечного предмета И g-

2.Дпя линейного предмета И g ,

3.Для площадного предмета .

в этих формулах D-диаметр зрачка входа оптической системы (в нашем случае-диаметр объектива кинопроектора); р - расстояние от предмета до зрачка входа (в данном случае-фокусное расстояние объектива кинопроектора);- -линейное увеличение с тической системы; g - коэфициент.

При подсчете следует пользоваться формулой 1, которая отличается тем,что светосила (при точечном предмете) не зависит от увеличения, а следовательно, от размеров сферического экрана, а зависит от количества света, излученного точкой предмета (фильма) и прошедшего через оптическую систему.

Таким образом, освещенность экрана не ставит никаких пределов для величины купола зрительного зала кинопланетария; однако, освещенность изображения звезд на сетчатой оболочке глаза зрителя зависит от этой.величины, умень,: шаясь обратно пропорционально квадрату диаметра купола (зритель предполагается в центре купола). Принимая во внимание поглощение света в оптической системе кинопланетария и потерю на рассеяние света самим экраном, следует по производстве соответственного опыта из осторожности считать максимально допустимым диаметр купола в 12 ж.

Выгодность (в смысле яркости изображения) точечных предметов усугубляется еще физиологическими oco6etiHOстями человеческого глаза. Глаз наблюдателя, находящегося в темноте, поразительно чувствителен к минимальнь количествам света. Этот Известный факт прекрасно иллюстрируется примером ноч ного звездного неба. Количество света, падающего в глаз наблюдателя от звездного неба, неизмеримо ничтожно; однако, звезды кажутся наблюдателю очень яр-, кими. Поэтому, есть все основания предполагать, что яркость картины звездного неба кинопланетария не уступит таковой природного звездного небосклона.

Необходимо еще сказать о съемке фильмов, демонстрируемых в кинопланетарии. Простейший способ съемки таких фильмов применяется в московском планетарии (фирмы Цейсе); при этом снимки могут производиться с достаточно длинной экспозицией, для каковой цели механизмы планетария должны

быть пушены на соответственно замедленный ход. Съемка может быть выполнена обыкновенной киносъемочной камерой, перед объективом которой поставлена вышеопиоанная труба кинопланетария. Недостатком таких снимков явится то обстоятельство, что на них неизбежно будет видна часть проекционного аппарата планетария.

Другой способ съемки фильмов-мультипликационный. Для осуществления этого способа в ателье кинофабрики должен быть установлен черный сферический экран. Изображения движущихся небесных светил, сделанные на специальных пластинках, освещенных сзади электрическими лампочками, укрепляются на черном куполе (при помощи, например, резиновых присосков) и между двумя снимками перестанавливаются вдоль заранее намеченных на куполе траекторий на определенные длины. Общий фон звездного неподвижного неба может быть получен отдельной съемкой с зачерченного в надлежащем масштабе планшета, равномерно освещенного сзади, на котором узкими отверстиями намечено положение отдельных звезд по данным астрономических карлОТов. Съемка планшета производится обычной камерой без насадки; поле планшета должно иметь форму, подобную полю на фильме (фиг. 4), а положение отдельных звезд должно наноситься по тангенсам углов. При помощи ряда приемов, подобных описанным, возможно в ккнопланетарии добиться даже таких

эффектов, которые недоступны планетарию фирмы Цейсе.

Предмет изобретения.

1.Насадка к кинопроектору для проектирования звездной системы на вогнутую сферическую поверхность, отличающаяся применением заключенной в вертикальную, помещенную перед объективом кинопроектора трубу 77 оптической системы, состоящей из а) призмы 5, направляющей выходящие из объектива 4 KHHonpoejjTOpa лучи вертикально, б) длиннофокусного объектива 6, дающего увеличенное, действительное изображение кинокадра с находящимся на нем снимком звездного небесного свода, и в) широкоугольных проекционных объе стивов 13, 12, 14, из которых центральный объектив /J служит для непосредственного проектирования центральной части кинокадра на . вогнутую сферическую поверхность, а окружающие его шесть объективов /2, 14-для проектирования частей кинокадра, с соответствующим отклонением лучей при помощи расположенных над объективами 12, 14 призм 2 (фиг. 1, 6).

2.В насадке по п. 1 применение, помещаемой в фокальной плоскости 7 объектива 6, прозрачной пластинки 8 с нанесенными на ней непрозрачным составом рамками, соответствующими очертаниями отдельных изображений на кинокадре 5 и прикрытыми соответствующих форм линзами 9, 10, 11 (фиг. 4, 5).

. v iMb6/

ФигЗ

Фиг 5