[0001] 技术领域 本
发明涉及天象仪中光学恒星放映器的结构，特别是将光导纤维照明式恒星放映器与常规幻灯照明式光学恒星放映器相结合的新型光学恒星放映器的结构。
[0002] 背景技术 光学恒星放映器是光学天象仪的关键部件，用来在天象厅的球幕上放映恒星天空。自然界的恒星，按照
亮度不同划分为不同星等，正常人眼只能看见亮度1-6等的恒星约9000颗。由于恒星距离我们十分遥远，所有恒星对于人眼的视
角，都小于人眼的视角
分辨率极限。所以对人眼来说，任何恒星看上去只是亮度不同的发光点，而分辨不出恒星发光面积的大小。
[0003] 天象仪的光学恒星放映器，通过在天象厅的内球幕上放映不同的光斑，来模拟恒星天空。所放映光斑给人的亮度感觉，实际上是光斑照度乘以光斑面积两个因素的综合作用。也就是说要表现不同亮度的恒星，既可以改变光斑照度、也可以改变光斑面积，甚至同时改变光斑照度和光斑面积，来使放映恒星产生不同的亮度感觉。
[0004] 常规光学恒星放映器采用幻灯放映原理，所放映的恒星照度都是相同的。因此只能用改变光斑面积来产生不同的恒星亮度感觉。即用小光斑表示暗星、大光斑表示亮星。一般在设计常规光学恒星放映器时，首先要确定人眼刚刚能看得见的最小光斑的面积(此面积一般小于人眼的视角分辨率极限)，以此对应最暗的6等星。随后其它较亮恒星的光斑面积应该按比例逐级增大。具体增大多少，应根据天文学界公认的波格松(Pogson)定律确定-即5等星的光斑面积，相对于6等星应当增大至2.512倍。同理4等星的光斑面积比之于5等星又要增大至2.512倍。3等星、2等星、1等星、0等星、-1等星...，都必须照此比例关系，来计算增大的光斑面积。这往往导致较亮恒星的光斑面积，超过了人眼的分辨率极限，甚至达到令人无法接受的程度。因为这时的恒星看上去不再是星点，而变成了象月亮一样有面积的大大小小的光盘，这显然不象真实的恒星天空。
[0005] 既然光斑的亮度感觉，是光斑照度乘以光斑面积的综合作用，那么要避免恒星光斑的面积过分增大的话，就只能靠提高恒星光斑的照度来达到。提高光斑照度最直截了当的方法，自然是增加
光源的功率。因此一些天象仪厂家曾经将恒星光源的功率提高到10KW以上-这又会因仪器
过热而产生许多弊端。
[0006] 对恒星天空的放映方式深入研究后发现，与一般幻灯机放映的图像不同，天象仪所放映的恒星图像非常特殊。恒星图像是在全黑视场的背景上，零星散布着一些代表恒星的、面积微小的亮点。而所有这些恒星亮点加起来的面积总 和，与恒星镜头放映视场的整个面积相比，还不到万分之一。也就是说，用幻灯放映方式放映恒星时，光源的效率只有万分之一。因为在这种方式下，光源必须同时把不需要照明的万分之9999的区域也都照明了，造成光能的巨大浪费。
[0007] 为了避免这种全视场“漫灌式”照明，可改为只对各发光星孔处精准的“
滴灌式”照明，以便大幅度提高光源
能量利用率。1986年德国蔡司光学厂
申请了基于光导纤维精准照明的恒星放映器德国
专利《Projektor fur Fixtemprojektion-DD 245502 A1》。该专利的实质，就是利用光导纤维把光源能量有针对性地只引导到需要照明的星孔处，而避免浪费在不需要照明的、无星孔的其它区域。这样一来，光源能量的利用率可以上千倍地提高。或者反过来说，也就可以把恒星的光斑面积上千倍地缩小。显然照度高、光斑面积小的恒星图像，更贴近自然界的真实星空。
[0008] 光导纤维照明效果虽好，但工艺复杂、成本高。因为每一颗恒星都需要单独用一根光导纤维，精密对准地照明。放映9000颗恒星就需要安置9000根光导纤维。其实9000颗恒星中较暗的5、6等暗恒星的数量约占了95％以上。对这95％以上的暗星，根本不需要采用昂贵的光导纤维照明方式，而只须常规的幻灯照明方式放映即可。仅有占总数百分之几的4等星以上的几百颗较亮恒星，才有必要采用昂贵的光导纤维照明方式，以提高光斑照度、减小光斑面积。
[0009] 针对以上两种不同照明方式的利弊，本发明专利提出了一种《光导纤维增亮式光学恒星放映器》方案，可以在常规幻灯放映方式的恒星放映器中，加入能增亮少数亮星的光导纤维照明，以抑制亮星光斑的增大。这样就可以兼有常规幻灯照明方式低成本的优点，和光导纤维照明方式高亮度的优点，从而实现了用较低的制造成本，达到最逼真的人造星空放映效果。
[0010] 发明内容 本《光导纤维增亮式光学恒星放映器》发明的目的是这样实现的：在采用常规幻灯照明放映方式的恒星放映器中，其光源的照射范围，一般都大于星孔板的有效照明区。而且星孔板的焦面上已经存在按幻灯方式照明的透明小孔a。本发明在星孔板的同一焦面上，另设置一些透明小孔b。透明小孔b不接受光源的幻灯方式照明，而是利用光源有效照明区域之外无用的多余光线，或设置第二光源，来照明光导纤维的入口端，此照明光线几乎无损耗地经由光导纤维导引到出口端，并精密对准、紧贴透明小孔b，而实现透明小孔b的光导纤维照明。可见在本专利中，由光导纤维照明的少数高亮度透明小孔b与由幻灯方式照明的一般亮度透明小孔a，都共同位于放映物镜的焦面上，因此可共用一个放映物镜放映。这样，只用一套恒星放映器，就能同时放映普通亮度恒星和光导纤维增亮恒星，兼有常规幻灯照明方式低成本的优点，和光导纤维照明方式高亮度的优点。
[0011]
附图说明 下面结合附图和具体实施方式，对本发明进一步详细说明。
[0012] 图1是本发明第一种实施方式的结构原理图。
[0013] 图2是本发明第二种实施方式的结构原理图。
[0014] 图3是本发明第三种实施方式的结构原理图。
[0015] 图4是本发明第四种实施方式的结构原理图。
[0016] 图5是本发明第五种实施方式的结构原理图。
[0017] 图6是本发明第六种实施方式的结构原理图。
[0018] 具体实施方式 本发明的第一种实施方式见图1。其原理是：在光源1对星孔板3的有效照明光锥d以外，不遮挡星孔板3的地方设置反射镜7，将光源1与光导纤维4的入口端e，分别放置在反射镜7的物点和像点处。这样反射镜7就可收集光源1的多余光线，用来照明光导纤维4的入口端e，然后经由光导纤维4，将此光线传导至光导纤维4的出口端f。此光导纤维4的出口端f精密对准、并紧贴透明小孔b而实现对透明小孔b的照明。由于反射镜7对于光源1所张的立体角远大于星孔板3上的透明小孔a通过聚光系统2对于光源1所张的立体角，因此被光导纤维4所照明的透明小孔b的照度远大于透明小孔a的照度。由于星孔板3上的透明小孔a和透明小孔b同在放映物镜5的焦面c上，因此可共用同一个放映物镜5放映。经过同一个放映物镜5成像以后，透明小孔b成像的恒星光斑，也将远远亮于透明小孔a成像的恒星光斑。
[0019] 本发明的第二种实施方式见图2。其原理与第一种实施方式类似：在光源1对星孔板3的有效照明光锥d以外，不遮挡星孔板3的地方设置聚光镜8，将光源1与光导纤维4的入口端e，分别放置在聚光镜8的物点和像点处。这样聚光镜8就可将光源1的多余光线，照明光导纤维4的入口端e，然后经由光导纤维4，将此光线传导至光导纤维4的出口端f。此光导纤维4的出口端f精密对准、并紧贴透明小孔b而实现对透明小孔b的照明。
[0020] 本发明的第三种实施方式见图3。其原理和结构比与第一种实施方式和第二种实施方式更简单。由图3可见，光导纤维照明装置6由位于光源1有效照明光锥d之外的光导纤维固定架9组成，利用光源1的多余光线直接照明光导纤维4的入口端e，然后经由光导纤维4，将此光线传导至光导纤维4的出口端f。此光导纤维4的出口端f精密对准、并紧贴透明小孔b而实现对透明小孔b的照明。
[0021] 众所周知，光源的发光特性存在巨大差异，宽配光曲线的光源，在有效照明光锥d之外，多余光线的能量仍很充沛，适于采用本发明的第一、第二、第三种实施方式已如上述。相反对于窄配光曲线的光源，在有效照明光锥d之外， 多余光线的能量很少无法利用，此时只能引入第二光源，并采用本发明的第四、第五、第六种实施方式。
[0022] 本发明的第四种实施方式见图4，此种实施方式适合于窄配光曲线的光源。第四种实施方式的原理和结构与第三种实施方式相近。在第四种实施方式中，光导纤维照明装置6由第二光源10和光导纤维固定架9组成。由第二光源10直接照明光导纤维4的入口端e，然后经由光导纤维4，将此光线传导至光导纤维4的出口端f。此光导纤维4的出口端f精密对准、并紧贴透明小孔b而实现对透明小孔b的照明。在第四种实施方式中，不论第二光源10或光导纤维固定架9都不得侵入光源1对星孔板3的有效照明光锥d以内。
[0023] 本发明的第五种实施方式见图5，此种实施方式适合于窄配光曲线的光源。第五种实施方式的原理和结构与第一种实施方式相近。在第五种实施方式中，光导纤维照明装置6由第二光源10和反射镜7组成。将光源1与光导纤维4的入口端e，分别放置在反射镜7的物点和像点处。这样反射镜7就可将第二光源10的光线，聚焦在光导纤维4的入口端e，然后经由光导纤维4，将此光线传导至光导纤维4的出口端f。此光导纤维4的出口端f精密对准、并紧贴透明小孔b而实现对透明小孔b的照明。在第五种实施方式中，不论第二光源10或反射镜7都不得侵入光源1对星孔板3的有效照明光锥d以内，但反射镜7的照明光路与光源1的有效照明光路之间的相互交叉是无碍的。
[0024] 本发明的第六种实施方式见图6，此种实施方式也适合于窄配光曲线的光源。第六种实施方式的原理和结构与第二种实施方式相近。在第六种实施方式中，光导纤维照明装置6由第二光源10和聚光镜8组成。将光源10与光导纤维4的入口端e，分别放置在聚光镜8的物点和像点处。这样聚光镜8就可将第二光源10的光线，聚焦到光导纤维4的入口端e，然后经由光导纤维4，将此光线传导至光导纤维4的出口端f。此光导纤维4的出口端f精密对准、并紧贴透明小孔b而实现对透明小孔b的照明。在第六种实施方式中，不论第二光源10或聚光镜8都不得侵入光源1对星孔板3的有效照明光锥d以内，但聚光镜8的照明光路与光源1的有效照明光路之间的相互交叉是无碍的。
[0025] 本发明不限于以上6种实施方式，凡是在光学恒星放映器中，利用光导纤维照明增亮部分恒星亮度的方法，都落在本发明专利的保护范围之内。
