DE2734376A1

DE2734376A1 - System zur erzeugung eines panoramabildes

Info

Publication number: DE2734376A1
Application number: DE19772734376
Authority: DE
Inventors: Pierre Paul Andre Bougon; Alain Roger Albert Parmentier; Pierre Marcel Weiss
Original assignee: Le Materiel Telephonique Thomson CSF
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1976-07-29
Filing date: 1977-07-29
Publication date: 1978-02-02
Also published as: GB1526650A; NO147773B; NL7708265A; NO772629L; BE857197A; JPS5349537A; FR2360103A1; US4195911A; NO147773C; IT1081618B; FR2360103B1

Description

Patentanwälte Z / ο * .- b

Dipl-kig.	Dipl.-Chem.	Dipl-liig
E. Prinz	Dr. G. Hauser	G. Leiser
	ErnsbergpfStrasse 19
	8 München 60

29. Juli 1977

LE MATERIEL TELEPHONIQUE

46-47, Quai Alphonse-Le-Gallo

92100 BOULOGNE BILLANCÜURT /Frankreich

Unner Zeichen: L 1032 System zur Erzeugung eines Panoramabildes

Die Erfindung betrifft ein System zur Erzeugung eines Panoramabildes, das u. a. für Anlagen zum Trainieren des Führens von Schiffen bestimmt ist.

Das Bilderzeugungssystem nach der Erfindung betrifft allgemein die Erzeugung eines Bildes mit großem Sehfeldwinkel und in großer Entfernung.

Ein wichtiger Verwendungszweck dieses Systems ist die Simulation von Panoramaansichten für Anlagen zur Schulung und zum Training von Tätigkeiten, welche eine kreisfömige

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visuelle Beobachtung mit großer Entfernung oder Bildweite einschließen.

Das Prinzip der Trainingsanlagen ist nicht neu. Aus Kosten- , Sicherheits-, UnbequemIichkeits- oder Nlchtverfügbarkeltsgründen kann die praktische Schulung des Führens von Fahrzeugen oder der Steuerung von Industrieanlagen nicht immer mit Hilfe von wirklichen Fahrzeugen oder Anlagen durchgeführt werden. Vielmehr wird von speziell ausgelegten Trainigsanlagen Gebrauch gemacht.

Das Bilderzeugungssystem nach der Erfindung betrifft deshalb in besonderer Weise die Simulation von Panoramaansichten für Anlagen zum Trainieren des Führens von Schiffen.

Die neueren Schiffe mit großer Tonnage und großen Abmessungen haben auf dem Meer ein besonderes Verhalten und das Führen derselben kann nur einem Personal anvertraut werden, das eine geeignete Schulung erhalten hat. Ein großer Teil der Schulung kann auf dem Boden bequem und mit geringeren Kosten mit Hilfe von Trainingsanlagen erfolgen. Diese Anlagen sind Reproduktionen, die so getreu wie möglich den Führerständen von Schiffen entsprechen. Sie enthalten Ausrüstungen, welche die wirklichen Navigationsausrüstungen simulieren, mittels welchen das Personal bei der Schulung das Steuern übt und lernt, in aller Sicherheit mit schwierigen Situationen fertig zu werden, die in der Wirklichkeit auftreten können. Diesen Führerständen können künstliche Bewegungen gegeben werden, die den wirklichen Bewegungen der Schiffe ähnlich sind und durch Rechner in Abhängigkeit

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von den ausgeführten Manövern und den äußeren Bedingungen (Strömung, Richtung und Kraft des Windes) festgelegt werden, wobei diese Bedingungen entsprechend dem Ablauf der Übung durch einen Lehrer programmiert oder festgeLegt werden.

Das wirkliche Führen eines Schilfes beruht gleichwohl vor allem auf der optischen Erfassung von äußeren Daten, die das Berechnen der Position und der Geschwindigkeit des Schiffes gestatten.

Die von einer Kommandobrücke oder von einem Führerstand aus erfaßte Ansicht ist durch die Umgebung bedingt und offenbar schwierig zu reproduzieren. Der Raumeindruck, der für den Realismus des Trainings erforderlich ist, kann nur mit Hilfe von Bildern geschaffen werden, die einen großen Sehfeidwinkel haben und in großer Entfernung liegen. Das Sehfeld soll im Seitenwinkel, d.h. in horizontaler Richtung so groß wie möglich sein. In vertikaler Richtung erscheint dagegen aufgrund der Annahme, daß Schiffe mit großen Abmessungen in ausreichender Entfernung von Küsten fahren, ein durch einen Erhöhungswinkel von ungefähr 10 auf der Höhe des Horizonts festgelegtes Sehfeld ausreichend.

Bei manchen bekannten und vorgeschlagenen Lösungen für Trainingsanlagen ist der simulierte Führerstand von reflektierenden oder lichtdurchlässigen Schirmen umgeben, auf die Lichtbilder Rand an Rand projiziert werden. Die Beob-

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Hl: /θ

achtung erfolgt gegebenenfalls durch lichtbrechende optische Vorrichtungen, die große Abmessungen haben, kreisförmig gegenüber diesen Bildern angeordnet sind und gestatten, diese in große Entfernung zurückzuwerfen.

Die häuTig vorgeschlagene Vorrichtung, die aus einem sphärischen, konkaven Spiegel und aus einem in der Brennebene dieses Spiegels angeordneten reellen Bild besteht, gestattet, ein virtuelles Bild in großer Entfernung zu erhalten. Die Größe dieses letztgenannten Bildes kann jedoch nur relativ gering sein, wenn ein Bild gewünscht wird, das sowohl eine gute Qualität als auch akzeptable Abmessungen für den Spiegel hat. Eine Anordnung von solchen Vorrichtungen in einer Konfiguration, die gestattet, mehrere Bildelemente nebeneinander anzuordnen, kann dagegen zu einem resultierenden virtuellen Bild in großer Entfernung und mit großem Sehfeldwinkel führen.

Eine der von dem Panoramabild verlangten Eigenschaften ist u. a. infolgedessen, daß jedes der Bildelemente entwicklungsfähig ist und bearbeitet werden kann, beispielsweise durch bekannte Einblendverfahren in Abhängigkeit von den Bewegungen des Schiffes. Gegenwärtig sind die einzigen Geräte, die im Handel erhältlich und in der Lage sind, solche entwicklungsfähigen Bilder zu liefern, mit Katodenstrahlröhren ausgerüstete Bildgeneratoren, d. h. Fernsehmonitore.

Es müssen deshalb sinnvolle Anordnungen gesucht werden, damit die Bildelemente, die durch eine Gruppe von Monitoren

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geliefert werden, nebeneinander angeordnet werden können und u. a. trotz der Randzonen der Bildschirme ein Panoramabild ohne von einer Beobachtungszone aus sichtbare Unterbrechungen mit ausreichenden Abmessungen im Innern eines simulierten Führerstandes gebildet werden kann.

Die US-PS 3 659 920 beschreibt ein System zur Erzeugung von Bildern, das aus getrennten, nebeneinander angeordneten und konzentrisch in vertikaler und in horizontaler Richtung ausgerichteten Einheiten gebildet ist.

Die Einheiten enthalten jeweils einen Konkavspiegel, eine Katodenstrahlröhre sowie eine halbreflektierende dünne Platte. Die Achse der Röhre ist im wesentlichen zu der Hauptachse des Spiegels rechtwinkelig. Das Bildelement, das auf dem Bildschirm der Röhre gebildet wird, wird in die Brennebene des Spiegels mit Hilfe der halbreflektierenden dünnen Platte unter einem Winkel von 45 zu den beiden Achsen zurückgeworfen. Diese dünne Platte wird von den Nutzstrahlen durchquert, welche durch den Spiegel reflektiert werden, und das Bild wird auf der Hauptachse des Spiegels beobachtet.

Mit dem in der genannten US-Patentschrift beschriebenen System soll das Ziel erreicht werden, u. a. ein korrektes Bild in vertikaler Richtung zu erhalten, indem in jeder Einheit Elemente von in Abhängigkeit von der Zunahme des Erhöhungswinkels der betreffenden Einheit abnehmender Größe gewählt werden. Die bekannte Anordnung schafft allerdings

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eine Nebeneinanderanordnung der Bilder nur für einen Beobachter, der genau im Mittelpunkt des Systems postiert ist, was eine unannehmbare Einschränkung für die Simulation des Führerstands von Schiffen darstellt.

Ziel der Erfindung ist es, ein Panoramabild zu schaffen, das in horizontaler Richtung keine Unterbrechungen hat, ungeachtet der Bewegungen des Beobachters in einem Raum mit festgelegten Abmessungen, die mit denen eines wirklichen Führerstandes kompatibel sind.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 die Sichtzone des virtuellen Bildes eines

Objekts in einem Konkavspiegel,

Fig. 2 das Prinzipschema des Systems nach der

Erfindung,

Fig. 3 die Gesamtheit der virtuellen Bilder und

der ersten reellen Bilder bei dem System nach der Erfindung,

die Fig. 4 und 5 Teilansichten eines Ausführungsbeispiels

des Bilderzeugungssystems nach der Erfindung,

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Fig. 6 den Bildschirm eines herkömmlichen

Monitors,

Fig. 7 den Teil einer Katakaustik, die den

auf einen Spiegel fallenden Strahlen entspricht, und

Fig. 8 eine zeichnerische Konstruktion zur nähe

rungsweisen Bestimmung von Daten des Systems nach der Erfindung.

Die herkömmliche graphische Konstruktion,die in Fig. 1 dargestellt ist, ergibt unter den Bedingungen der geometrischen Optik die Sichtzone des virtuellen Bildes eines Objekts in einem Konkavspiegel. Ein Objekt I stellt sich im Schnitt in der Ebene von Fig. 1 beispielsweise in Form eines Abschnittes ab dar, der in der Fokalebene F eines konkaven und sphärischen Spiegels M mit dem Mittelpunkt C und der Hauptachse OC angeordnet ist. Das Objekt ist gegenüber der Hauptachse derart verschoben, daß es nicht die reflektierten Nutzstrahlen auffängt. Die Konstruktion ist so ausgelegt, daß das virtuelle Bild im Unendlichen unter einem Winkel α gesehen wird, insbesondere von jedem Punkt eines Streckenabschnittes mn aus, der auf der durch den Mittelpunkt C gehenden Achse zz' gelegen und zu der Ebene F parallel ist. Diese Wahl legt u.a.die Abmessungen des

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Spiegels fest. Der obere Rand des letzteren wird durch den reflektierten Strahl rm festgelegt, der dem oberen Punkt des Abschnittes ab entspricht und zu der Geraden aC parallel ist. Der untere Rand wird durch den reflektierten Strahl sn festgelegt, der dem unteren Punkt des Abschnittes entspricht und zu der Geraden bC parallel ist. Die Sichtzone V im Unendlichen des Objekts I liegt daher in der Ebene von Fig. 1 zwischen den Geraden rm und sn.

Das Prinzipschema des Systems nach der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Ein durchgehendes Panoramabild in großer Entfernung wird aufgrund folgender Elemente erhalten:

- einer Anordnung von sphärischen Konkavspiegeln, die eine subäquatoriale reflektierende Zone Zo bilden, die durch eine fiktive Kugel mit einem Radius R und dem Mittelpunkt C definiert ist, wobei die Achse dieser Zone die Achse zz¹ des Systems bildet,

- einem durchgehenden Bild Ip, dessen

Form mit der der Seitenfläche eines in einen Zylinder einbeschriebenen fiktiven Msmas vergleichbar ist, wobei dieser Zylinder, der zu dem System koaxial ist, einen Durchmesser hat, der etwas größer ist als der Radius R, und beinahe auf der Höhe der Äquatorialebene Pe der Kugel angeordnet ist.

Das Panoramabild in großer Entfernung, gesehen von dem Beobachtungsraum E (oder dem Führerstand) aus, ist das konjugierte Bild des durchgehenden Bildes durch Reflexion in der reflektierenden Zone.

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Es ist klar, daß je nach dem Verwendungszweck das System nach der Erfindung in sich geschlossen sein kann, in einem Kranz von 360 , oder offen und auf einen Winkelsektor begrenzt sein kann. Deshalb brauchen die Konkavspiegel gegebenenfalls nur einen Teil oder nur einen Sektor der reflektierenden Zone zu bilden. Ebenso kann das Prisma auf einige seiner Flächen reduziert werden. In der folgenden Beschreibung wird in allgemeiner Form von einem Panoramabild, einer reflektierenden zonalen Oberfläche und einer fiktiven prismatischen Oberfläche die Rede sein. Außerdem versteht es sich von selbst, daß im Rahmen der Erfindung in gewissen Fällen das durchgehende Bild nicht nur mit einer prismatischen Fläche vergleichbar ist, sondern auch mit einer pyramidalen Fläche, deren Winkel im Scheitel einen kleinen Wert hat.

Die Fig. 4 und 5 sind Teilansichten eines Ausführungsbeispiels des Bilderzeugungssystems nach der Erfindung. Fig. 4 zeigt eine Draufsicht, die den sich in horizontaler Richtung wiederholenden kreisförmigen Aufbau des Systems veranschaulicht. Fig. 5 ist eine Ansicht, die den Lichtstrahlengang in vertikaler Richtung in einer durch die vertikal angenommene Achse des Systems gehenden Ebene xx' zeigt.

Das Bilderzeugungssystem nach der Erfindung enthält außer dem Beobachtungsraum eine Anordnung von η sphärischen Konkavspiegeln MCl, MC2, ....MCn mit dem Radius R sowie eine Anordnung von ρ ersten Bildgeneratoren (oder ersten

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273^.76 -yr-

Monitoren) Mil, M12, ... MIp, deren Bildschirme radial und regelmäßig in gleicher Weise nach außerhalb des Systems gerichtet sind, und außerdem eine Anordnung von q halbreflektierenden, trapezförmigen dünnen Platten Ll, L2, Lq und eine Anordnung von q zweiten Bildgeneratoren (oder zweiten Monitoren) M21, M22, M2q, deren Bildschirme zu der Achse des Systems gerichtet sind.

Die Spiegel stoßen aneinander und bilden eine reflektierende, subäquatoriale, zonale Oberfläche einer fiktiven Kugel mit dem Radius R und dem Mittelpunkt C.

Die ersten Monitore liefern auf ihren Bildschirmen erste reelle Bilder 111, 112, Up, die mit ρ aufeinanderfolgenden, zum Beispiel ungeradzahligen Flächen des durchgehenden Bildes Ip oder der prismatischen Oberfläche vergleichbar sind.

Die ersten reellen Bilder werden auf der Achse des Systems und in horizontaler Richtung unter einem Winkel Y betrachtet. Ihre Mittelpunkte legen mit der Achse des Systems eine Gruppe von Meridianebenen Pl, P2 ... Pn fest.

Die halbreflektierenden dünnen Platten sind an den Seiten der durch sie gebildeten Trapeze miteinander verbunden. In dem Fall eines geschlossenen Systems bilden sie einen regelmäßigen Pyramidenstumpf, wobei jede Platte mit der Achse des Systems einen Winkel β bildet. In dem allgemeinen Fall sind sie mit q aufeinanderfolgenden trapezfö'rmi-

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gen Flächen einer fiktiven Pyramidenoberfläche vergleichbar, die einem Kegel einbeschrieben ist, der zu dem System koaxial ist und einen Halbwinkel ß im Scheitel hat (Fig. 5). Die Seiten des Trapezes, das durch jede Platte gebildet wird, liegen in der einen bzw. in der anderen von zwei aufeinanderfolgenden Meridianebenen, die miteinander einen Winkel 2Y bilden.

Die zweiten Monitore liefern zweite reelle Bilder 121, 122, ... I2q, die den gleichen Umriß wie die ersten reellen Bilder haben. Diese zweiten reellen Bilder sind in Draufsicht nicht sichtbar. Sie sind in Fig. 4 gestrichelt dargestellt. Die zweiten Monitore sind so ausgerichtet, daß die zweiten reellen Bilder einen Winkel ß mit den halbreflektierenden dünnen Platten bilden (Fig. 5). Jedem von ihnen ist funktionell eine halbreflektierende dünne Platte zugeordnet. Es gibt daher ebensoviele halbreflektierende dünne Platten wie zweite Bildgeneratoren. Deshalb lassen die q zweiten reellen Bilder als konjugierte durch Reflexion an den halbreflektierenden dünnen Platten q virtuelle Bilder I'21, I'22 ... I*2q zu, die aneinanderstoßend zwischen die ersten reellen Bilder eingeschoben sind und mit q aufeinanderfolgenden geradzahligen Flächen des durchgehenden Bildes Ip oder der prismatischen Oberfläche «leichsetzbar sind.

In Fig. 5 sind der zweite Monitor M21 und das zweite reelle Bild 121 von der Seite sichtbar, die halbreflektierende Platte Ll sowie der Spiegel MCl sind im Schnitt sichtbar

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2 7 '.i 4 .; 7 b

und der erste Monitor Mil und das erste reelle Bild 111 sind zu Dreiviertel sichtbar. Die Seite ab des virtuellen Bildes I'21 ist theoretisch gesehen und fällt mit einer Seite des ersten reellen Bildes 111 zusammen. Die ersten Monitore sind etwa auf der Höhe der Äquatorialebene Pe angeordnet, wobei die ersten reellen Bilder zu der Achse zz¹ des Systems parallel oder im wesentlichen parallel sind und wobei ihre Mittelpunkte etwas unterhalb dieser Ebene liegen. Die ersten und die zweiten reellen Bilder werden unter einem Erhöhungswinkel α von dem Beobachtungsraum E her gesehen, der zu der Achse des Systems rotationssymmetrisch ist, eine Höhe H auf der Achse und einen Durchmesser 0 hat. Die Nutzstrahlen, die von den ersten reellen Bildern stammen, durchqueren die Platten und werden dann an den sphärischen Spiegeln reflektiert. Die Nutzstrahlen, die von den zweiten reellen Bildern stammen, werden an den Platten und dann an den Spiegeln reflektiert.

Die prismatische Oberfläche besitzt wenigstens ρ + q aufeinanderfolgende Flächen und das Panoramabild ergibt sich aus der Nebeneinanderanordnung von ρ +q Bildern in großer Entfernung. Diese Bilder in großer Entfernung sind, in horizontaler Richtung betrachtet, durch Reflexion an der reflektierenden zonalen Oberfläche die konjugierten Bilder abwechselnd von einem virtuellen Bild und von einem ersten reellen Bild.

Der Umriß U der durch die herkömmlichen Monitore gelieferten Bilder (Fig. 6) muß derart korrigiert werden, daß die

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2 7 3 U ;. / b -

ersten reellen Bilder und die virtuellen Bilder aneinanderstoßend nebeneinander angeordnet werden können und rechteckig oder etwas trapezförmig sind. Zu diesem Zweck können herkömmliche elektronische Korrekturverfahren oder Masken benutzt werden. Zur besseren Übersichtlichkeit der Beschreibung sind alle Bilder als eben betrachtet worden.

Wenn das System in sich geschlossen ist, sind die Zahlen ρ und q gleich. Wenn es offen ist, kann die Zahl q vorzugsweise gleich ρ + 1 sein. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel enthält deshalb lediglich einen ersten Generator, zwei hablreflektierende dünne Platten und zwei zweite Generatoren.

Zur Vereinfachung der Herstellung kann die Spiegelzahl η sich von den Zahlen ρ und q unterscheiden und wird im allgemeinen größer als diese sein.

Der Durchmesser 0 wird durch eine herkömmliche Konstruktion (nicht dargestellt) eines äußeren Strahls Re bestimmt (Fig.4),der unter einem kleinen Winkel von einem zweiten reellen Bild herkommt und unter dem kleinen Winkel von der Platte reflektiert wird, die diesem zweiten reellen Bild entspricht.

Wenn das System offen ist, kann der Winkel γ ein ganzzahliger Bruchteil von 2π rad sein.

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Es ist klar, daß das System in beliebiger Weise im Raum ausgerichtet sein könnte. Eine Anordnung, die gegenüber der soeben beschriebenen auf den Kopf gestellt ist und in der die Bestandteile sich unterhalb der reflektierten Strahlen und infolgedessen näher bei dem Boden befinden, kann von Vorteil sein.

Die Gesetze der geometrischen Optik können zum Bestimmen der Relativpositionen der Bestandteile des Systems nach der Erfindung aufgrund der Abmessungen dieser Bestandteile und aufgrund des bereits beträchtlichen Wertes der für den Winkel α gewünscht wird, nicht angewandt werden. Reflexionswinkel an dem Spiegel, die kleine Werte haben und gestatten, sich den Bedingungen der geometrischen Optik zu nähern und die Verzerrungen zu begrenzen, können nur erhalten werden, indem, wenn möglich, alle Bestandteile nahe der Äquatorialebene zusammengefaßt werden.

Die festzulegenden Abmessungen hängen von zahlreichen Parametern ab, nämlich von den Abmessungen des Beobachtungsraumes, von den Abmessungen der Bildschirme der Monitoren und von der für das Panoramabild verlangten Qualität.

Allgemein kann gesagt werden, daß, wenn der Radius der Spiegel zunimmt, die Verzerrungen und die Bildweite- oder Entfernungsänderungen des Panoramabildes in Abhängigkeit von Positionsänderungen des Beobachters abnehmen. Bei konstantem Radius der Spiegel nehmen, wenn der Beobachtungsraum sich

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von der Äquatorialebene entfernt, die Verzerrungen und die Bildweite- oder Entfemiingsänderungen des BlLdes zu.

Die Festlegung des Systems kann näherungsweise und durch aufeinanderfolgende Näherungen mit Hilfe einer graphischen Konstruktion erfolgen, die in einer Ebene xx' ausgeführt wird, die der von Fig. 5 gleicht. Da sich jedoch die Augen des Beobachters in zwei getrennten Vertikalebenen befinden, wird sich die optimale wirkliche Position der Bestandteile etwas von der gefundenen theoretischen Postion unterscheiden.

Die Suche nach einer Lösung kann erleichtert werden, indem von einer herkömmlichen mathematischen Kurve Gebrauch gemacht wird, die als Katakau-

stik bezeichnet wird. Für eine beliebige Ebene, die durch den Mittelpunkt eines sphärischen Konkavspiegels geht, und für eine gegebene Richtung in dieser Ebene ist die Kaustik die Hüllkurve der Strahlen, die durch den Spiegel reflektiert werden und von Strahlen herrühren, die in diese Ebene einfallen und zu der betreffenden Richtung parallel sind.

Fig. 7 zeigt den Teil einer Kaustik S, die den Strahlen entspricht, die auf einen Spiegel M mit dem Mittelpunkt C parallel zu einer Achse CX und in der Nähe dieser Achse fallen. Die Kurve ist in bezug auf die Achse symmetrisch und hat einen Umkehrpunkt F in gleicher Entfernung von der Oberfläche des Spiegels und von dem Mittelpunkt C. Ledig-

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2 Ί J /,

lieh der untere Teil der Kurve ist für die gesuchte Konstruktion von Interesse, denn er entspricht den einfallenden Strahlen, die unterhalb der Achse CX liegen, d. h. unterhalb der Äquatorialebene. Den einfallenden Strahlen mu und nv entsprechen die Tangentialpunkte m' und n' auf der Kurve S. So entspricht jedem Punkt der Kurve ein Punkt der Achse CY'. Die Kurve S und die Achse CY¹ können in homologer Weise in Abhängigkeit von dem Einfallswinkel i mit einer Maßeinteilung versehen werden. Die parametrischen Gleichungen dieser Kurve sind:

2X=R cosi (3-2 cos²i); 2 Y' - 2R sin ³i

Fig. 3 zeigt die Gesamtheit der virtuellen Bilder und der ersten reellen Bilder in Draufsicht, kreisförmig nebeneinander und aneinanderstoßend in einem Abstand D von der Achse zz¹ des Systems angeordnet. Der Abstand D eines virtuellen Bildes oder eines ersten reellen Bildes kann durch aufeinanderfolgende Näherungen aus folgenden Gleichungen berechnet werden:

- - ~ woraus folgt: Y = -j α und NY = 2_π/ ^= 2 Dtg -

wobei N die Gesamtzahl der Monitore ist (Fall eines geschlossenen Systems), und wobei das Verhältnis 3/4 das übliche kommerzielle Verhältnis zwischen h und Z ist (Fig. 6).

Der Erhöhungssichtwinkel α wird dann in einen oberhalb 709885/1057

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2 v y.

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des Horizonts gelegenen Sehfeldwinkel as und in einen unterhalb des Horizonts gelegenen Sehfeldwinkel ai unterteilt, d. h.

a = ai + as

Die in Fig. 8 dargestellte zeichnerische Konstruktion gestattet, grob und durch auf einander! olcjende Näherungen die Position der ersten Monitore in bezug auf die Äquatorialebene, den Wert von R, den mittleren Abstand J und die Höhe H des Beobachtungsraums, den Ort der Platten, den Winkel ß sowie den Öffnungswinkel der Spiegel in vertikaler Richtung zu bestimmen.

Sie besteht zuallererst darin, ein und derselben zeichnerischen Darstellung zwei gleiche Schemata einer Kaustik, wie der von Fig. 7 zu überlagern, indem sie winkeiverschoben werden und zwar die eine um einen Winkel ai und die andere um einen Winkel as, in bezug auf ein System von rechtwinkeligen Achsen zz', hh', die sich in dem Mittelpunkt C schneiden. Der Wert des Radius des Kreisbogens ist beliebig. Ein Streckenabschnitt, der ein von der Seite betrachtetes virtuelles Bild darstellt und in a und b durch die Kurven Sl und S2 begrenzt ist, wird parallel zu der Achse zz' in der Nähe der Punkte Fl und F2 gezogen. Der Abstand dieses Abschnittes von diesen Punkten ist in Fig. 8 übertrieben groß dargestellt, um die Übersichtlichkeit des in kleinem Maßstab angegebenen Schemas zu verbessern. Die Punkte a und b gehören zu den Kurven

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Sl bzw. S2. Ihre Koordinaten in den Achsensystemen XI, Y'l bzw. X2, Y'2 (oder die Malieinteilungen, die jeder Kurve zugeordnet sind) gestatten die Bestimmung: der Einfallswinkel auf dem Spiegel der zu den Kurven in a und b tangentialen Strahlen, der beiden Reflexionspunkte u und ν sowie der Punkte g und e auf den Achsen CY¹I und CY'2. Bei Vornahme einer gerechtfertigten Näherung ist der Punkt q der Achse Cz¹ zwischen g und e ein Punkt, von welchem aus das Segment ab unter dem Winkel α gesehen wird. Dieser Punkt

q definiert den mittleren Abstand 3 des Beobachtungsraumes von der Äquatorialebene. Ein Abschnitt mn, der die gewünschte Höhe H des Beobachtungsräumes darstellt, ist auf der Achse Cz¹ symmetrisch in bezug auf den Punkt q aufgetragen. Seine Länge ist am Anfang beliebig oder von zuvor durchgeführten Versuchen abhängig, wobei der Abstand cn den Wert R/4 nicht überschreiten soll, um übermäßige Verzerrungen der Bilder zu vermeiden. Die Strahlen mr und ns, die zu den Achsen CXl bzw. CX2 parallel sind, stellen die Grenzstrahlen des Beobachtungsbündels dar. Ihnen entsprechen die Punkte k und t auf den Kurven Sl und S2. Diese Punkte sollen so nahe wie möglich bei den Punkten a und b liegen. Diese Bedingung wird um so besser erfüllt, je näher sich der Abschnitt ab bei den Punkten Fl und F2 befindet. Die Strahlen mr und st bestimmen den Ort der halbreflektierenden dünnen Platte L. Der Schnittpunkt A der Basis dieser Platte mit der Ebene von Fig. soll so weit links wie möglich oberhalb des Strahls mr

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und unterhalb des Strahls st liegen.

Es bleibt zu prüfen, daß für diesen Punkt A ein Neigungswinkel ß der dünnen Platte und eine Position für das zweite reelle Bild, das durch den Abschnitt cd dargestellt ist, vorhanden sind. Zu diesem Zweck genügt es, einen Kreisbogen mit dem Mittelpunkt A und dem Radius Ab zu zeichnen und zu prüfen, daß dieser Boden über den Strahl rk hinausgeht. Wenn das nicht möglich ist, muß entweder die Höhe H verkleinert oder der Abschnitt ab, der das virtuelle Bilde darstellt, weiter von den Punkten Fl und F2 entfernt werden. Aus Gründen eines günstigen Einfalls der Strahlen auf der Platte L kann es vorteilhaft sein, daß der Punkt d so weit wie möglich von dem Punkt B auf dem Kreis mit dem Radius Ab entfernt ist. Eine optimale Konstruktion entspricht einem Kreisbogen, der etwa tangential zu dem Strahl rk ist.

Die Platte kann dann rechtwinkelig zu dem Abschnitt db gezeichnet werden. Sie muß offenbar über den Strahl rk hinausgehen. Der Wert des Radius R ist durch dem Maßstab der Figur gegeben. Dieser wird durch das Verhältnis zwischen dem Abstand des Abschnittes ab von der Achse zz' und dem zuvor festgelegten Wert D bestimmt.

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PATENTANSPRUCH:

System zur Erzeugung eines Panoramabildes, das von einem zentralen Beobachtungsraum aus sichtbar ist und u. a. für Anlagen zum Trainieren des Fiihrens von Schiffen bestimmt ist, gekennzeichnet:

durch eine Anordnung von η aneinanderstoßenden Konkavspiegeln, die eine reflektierende zonale Oberfläche bilden, welche durch eine subäquatoriale Zone einer fiktiven Kugel mit dem Radius R festgelegt ist, wobei die Achse der Zone die Achse des Systems bildet, durch eine Anordnung von ρ ersten Bildgeneratoren, die ρ erste reelle Bilder liefern, welche mit ρ aufeinanderfolgenden ungeradzahligen Flächen einer fiktiven prismatischen Oberfläche vergleichbar sind, die wenigstens ρ + q aufeinanderfolgende Flächen hat und einen einbeschriebenen Zylinder aufnimmt, der einen Durchmesser hat, welcher etwas größer als der Radius R ist, und welcher zu dem System koaxial und etwa auf der Höhe der Äquatorialebene der fiktiven Kugel angeordnet ist, durch eine Anordnung von q dünnen halbreflektierenden,

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trapezförmigen dünnen Schichten oder Platten, die an den Seiten der Trapeze aneinanderstoßen und mit q aufeinanderfolgenden Flächen einer fiktiven pyramidalen Oberfläche vergleichbar sind, die einem zu dem System koaxialen Kegel mit einem Halbwinkel ß im Scheitel einbeschrieben ist, wobei jede Platte oder Schicht funktionell einem zweiten Bildgenerator zugeordnet ist, durch eine Gruppe von q zweiten Bildgeneratoren, die q zweite reelle Bilder liefern, wobei die q zweiten reellen Bilder den Winkel β mit der haibrefiektierenden Platte oder Schicht bilden, die dem betreffenden zweiten Bildgenerator zugeordnet ist, und als konjugierte durch Reflexion an den halbreflektierenden Platten oder Schichten q virtuelle Bilder zulassen, wobei die q virtuellen Bilder mit q aufeinanderfolgenden geradzahligen Flächen der prismatischen Oberfläche vergleichbar und lückenlos abwechselnd zwischen die ρ ersten reellen Bilder eingefügt sind, wobei das Panoramabild aus ρ + q aneinanderstoßenden und zu dem Beobachtungsraum konzentrischen Bildern in großer Entfernung gebildet ist, und wobei die Bilder in großer Entfernung, kreisförmig betrachtet, die konjugierten Bilder durch Reflexion an der reflektierenden zonalen Oberfläche abwechselnd eines virtuellen Bildes und eines ersten reellen Bildes sind.

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