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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Prisma, mit dessen Hilfe der Weg von optischen
Strahlen, die es durchsetzen, verlängert werden kann, u. zw. vorzugsweise derart, dass die aus dem
Prisma austretenden Strahlen dieselbe Richtung haben wie die auf das Prisma einfallenden Strahlen.
Die Verwendung eines derartigen Prismas ist besonders vorteilhaft für die Zwecke der farbigen
Aufnahme und Wiedergabe von Bildern, beispielsweise in der Farbenphotographie und-kinemato- graphie, dem farbigen Fernsehen, dem Mehrfarbendruck u. dgl.
Bekanntlich werden bei derartigen Verfahren, z. B. in der Farbenkinematographie, während der Aufnahme mehrere, beispielsweise drei Schwarzweissbilder (im folgenden kurz"Teilbilder" genannt) aufgenommen, die verschiedenen Farbkomponenten entsprechen und die bei der Wiedergabe zu einem farbigen Bilde vereinigt werden. Hiebei ist es im allgemeinen notwendig, während der Aufnahme den
Strahlengang in mehrere Teilstrahlengänge zu zerlegen und bei der Wiedergabe mehrere Teilstrahlengänge zu einem gemeinsamen Strahlengang zu vereinigen, wobei die Aufteilung und Vereinigung der
Strahlen mittels Spiegeln oder Prismen vorgenommen wird.
Da ergab sich die Schwierigkeit, dass die einzelnen Teilstrahlengänge verschiedene Längen besitzen, wenn mehr als zwei Teilbilder hergestellt oder miteinander vereinigt werden sollen. Infolgedessen war es unmöglich, z. B. bei der Projektion die Teilbilder genügend genau miteinander zur Deckung zu bringen, zumal an sich geringe Abweichungen der Teilbilder voneinander bei der Projektion stark vergrössert werden.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist schon vorgeschlagen worden, bei der Aufnahme oder Wiedergabe die Teilbilder nicht in einer Ebene anzuordnen. Hiedurch wird jedoch die Anordnung unnötig kompliziert. Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, zusätzliche Glasblöcke in den Lichtweg zu stellen, um hiedurch den optischen Weg der Strahlen zu verlängern. Auch die Verwendung von in Luft angeordneten Spiegeln ist bekannt, durch die die Strahlen mehrfach reflektiert werden, um hiedurch den Lichtweg zu verlängern. Derartige Einrichtungen erfordern aber vor jedesmaligem Gebrauch eine genaue Einstellung.
Mit Hilfe der erfindungsgemässen Prismen können Lichtwege in einem Prisma in einfachster Weise verlängert werden, wobei die Nachteile der bekannten Einrichtungen behoben sind.
Erfindungsgemäss sind innerhalb eines aus einem festen, für die optischen Strahlen durchlässigen Mittel bestehenden Prismas reihenweise spiegelnde Flächen angeordnet, die wenigstens zum Teil zueinander parallel sind und durch die die Strahlen zunächst aus der Richtung des zu verlängernden Weges abgelenkt, alsdann in eine Richtung reflektiert werden, die zu der usrprünglichen Wegrichtung parallel, aber gegen diese versetzt ist und schliesslich, möglicherweise nach ein oder mehrfacher Wiederholung dieses Vorganges, wieder in die ursprüngliche Wegerichtung hingelenkt werden.
Die spiegelnden Flächen sind innerhalb des Prismas in mehreren, in Richtung des zu verlängernden Weges gesehen, hintereinanderliegenden und senkrecht zu diesem Weg verlaufenden zueinander parallelen Reihen angeordnet, wobei einander entsprechende spiegelnde Flächen wenigstens zweier Reihen winklig zueinander stehen und in bezug auf den zu verlängernden Weg die gleiche Höhenlage innerhalb des Prismas haben und der Anfang einer jeden spiegelnden Fläche einer Reihe mit dem Ende der vorhergehenden spiegelnden Fläche derselben Reihe in einer Ebene liegt.
Die Erfindung soll im nachstehenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden, wobei jedoch in den Zeichnungen nur einige Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt sind, die im einzelnen noch mannigfach abgeändert werden können.
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Die Fig. 1-7 zeigen teilweise perspektivisch und teilweise schematisch mehrere Ausfuirungs- formen von Prismen gemäss der Erfindung. Die Fig. 8-10 erläutern ein erfindungsgemässes Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemässen Prismen. Die Fig. 11-16 k veranschaulichen Prismenkörper zur Verwendung in der Dreifarbenphotographie und-kinematographie.
Das in Fig. 1 dargestellte quaderförmige Prisma 1 besitzt zwei Reihen von Spiegeln. Die Spiegel der einen Reihe sind mit 2, die der andern Reihe mit 3 bezeichnet. Die Spiegel 2 einerseits und die Spiegel 3 anderseits sind je zueinander parallel. Sie sind gegen eine Seitenfläche des Quaders um 450 geneigt. Je ein Spiegel 2 schliesst mit einem Spiegel 3 einen Winkel von 900 ein. Die Spiegel 2 und 3 sind ferner so angeordnet, dass der Anfang eines Spiegels mit dem Ende des vorhergehenden Spiegels derselben Reihe in einer Ebene liegt. Z. B. liegt die Anfangskante a eines Spiegels. 3 mit der Endkante b des vorhergehenden Spiegels 3 derselben Reihe in einer Ebene.
Jedem Spiegel 2 der einen Reihe entspricht ein Spiegel 3 der andern Reihe so, dass diese beiden Spiegel dieselbe Höhenlage in bezug auf das Prisma haben.
4--4 veranschaulicht den Gang eines Lichtstrahles durch das Prisma. Man erkennt, dass der Weg des Strahles innerhalb des Prismas durch die dargestellte viermalige Brechung gegenüber dem Weg, den der Lichtstrahl innerhalb des Prismas durchlaufen würde, wenn die Spiegel nicht vorgesehen wären, verdoppelt ist. Man sieht ferner, dass jede nachträgliche Justierung von Spiegeln fortfällt, wenn das Prisma einmal aufgebaut ist.
Eine andere Ausführungsform des erfindungsgemässen Prismas ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. Hier besteht das Prisma 1 aus drei Teilprismen 10, 11 und 12, die in optischem Kontakt mit-
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prisma ohne Spiegel besteht. Man erkennt, dass der Weg in den Teilen 10 und 12 verdoppelt wird, während seine Länge durch das Teilprisma 11 ohne Spiegel unverändert bleibt. Der Weg der Strahlen innerhalb des Gesamtprismas ist daher 1'5mal grösser als der Lichtweg, den die Strahlen in dem Prisma zu durchlaufen hätten, wenn keine Spiegel vorgesehen wären.
Anstatt das Teilprisma 11 ohne Spiegel zwischen den mit Spiegeln versehenen Teilen 10 und 12 anzuordnen, können die Teile 10 und 12 auch unmittelbar nebeneinander angeordnet sein, so dass sie zusammen das in Fig. 1 dargestellte Prisma bilden, und es kann das Teilprisma 11 daran anschliessend angeordnet sein. Auch bei einer solchen Anordnung ist der Lichtweg innerhalb des Gesamtprismas 1-5mal grösser als der Lichtweg, den die Strahlen zu durchlaufen hätten, wenn keine Spiegel vorgesehen wären.
Anstatt, wie eben beschrieben, ein Teilprisma 11 ohne Spiegel auf einer Seite des Prismas nach Fig. 1 vorzusehen, können auch zwei Teilprismen ohne Spiegel, beispielsweise rechts und links von dem in Fig. 1 dargestellten Prisma, angeordnet sein. In einem solchen Falle ist der Weg der Strahlen innerhalb des Gesamtprismas 1-33maul grösser als der Weg, den die Strahlen in dem Prisma zu durchlaufen hätten, wenn keine Spiegel vorgesehen wären.
Auch zu dem in Fig. 2 dargestellten Prisma können weitere Teilprismen ohne Spiegel hinzugefügt werden. Setzt man z. B. je ein Teilprisma ohne Spiegel rechts und links von dem Prisma nach Fig. 2 an, so erhält man ein Prisma, innerhalb dessen der Lichtweg 1-25mal grösser ist als der Weg, den die Strahlen in dem Prisma durchlaufen würden, wenn keine Spiegel vorhanden wären.
Die zusätzlichen Teilprismen ohne Spiegel können auch zwischen die Teilprismen 10 und 12 mit Spiegeln eingefügt werden. Befinden sich zwischen den Teilprismen 10 und 12 (Fig. 2) z. B. insgesamt vier Teilprismen ohne Spiegel, so ist, wie man leicht erkennt, der Lichtweg l-2mal grösser als der Weg wäre, wenn keine Spiegel vorhanden wären.
Fig. 3 zeigt eine ohne weiteres verständliche weitere Ausführungsform mit vier Reihen von Spiegeln. Trotz der abweichenden Bauart ist die Wirkungsweise ähnlich der des Prismas nach Fig. 1, d. h. der Lichtweg wird innerhalb des Prismas verdoppelt. Fig. 4 zeigt ein weiteres beispielsweises Prisma, durch das nicht nur der Weg 4--4 des Lichtstrahles verlängert, sondern auch der austretende Strahl in seiner Richtung um 900 gegen den eintretenden Strahl abgelenkt wird. Dies wird durch eine zusätzliche reflektierende Fläche 15 erreicht. Fig. 5 zeigt ein Prisma, bei dem in jeder Reihe jeweils nur ein Teil der Spiegel zueinander parallel ist.
Es ist selbstverständlich nicht nötig, dass die Spiegel um 450 gegen die einfallenden Strahlen bzw. dass die Spiegel verschiedener Reihen gegeneinander um 900 geneigt sind.
Die Fig. 6 und 7 zeigen Beispiele von Prismen mit von 450 bzw. 900 verschiedenen Winkeln, Trotz der von 45" bzw, 90" abweichenden Winkel besitzt der austretende Lichtstrahl nodl immer dieselbe Richtung wie der einfallende Lichtstrahl. Man überzeugt sich leicht, dass der Lichtweg, falls der Winkel, den die Spiegel verschiedener Reihen miteinander bilden, grösser ist als 90c, zwar auch noch eine Verlängerung erfährt, dass aber diese Verlängerung geringer ist als bei Verwendung von unter 900 zueinander geneigten Spiegeln.
Umgekehrt ist die Verlängerung des Lichtwege grösser als die bei Verwendung von unter 900 geneigten Spiegeln, wenn der Neigungswinkel geringer ist als 90 . Durch geeignete Wahl des Winkels lässt sich also weiterhin der Betrag, um den der Lichtweg innerhalb des Prismas verlängert wird, weitgehend beeinflussen.
Es könnte auf den ersten Blick scheinen, als sei es schwierig, die Spiegelflächen in den Prismen vorzusehen.
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Es soll daher gemäss einer weiteren Ausführung vorliegender Erfindung ein besonders einfaches und zweckmässiges Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemässen Prismen angegeben werden.
Gemäss Fig. 8 werden planparallele Platten 20, 21, 22,23, deren Dicke dem Abstand zweier Spiegelflächen einer Reihe voneinander entspricht, auf einer Seite oder beiden Seiten mit spiegelnden Flächen belegt, die mit 25, 26, 21 bezeichnet sind. Alsdann werden die Platten aufeinandergesehiehtet und z. B. miteinander verkittet, so dass ein Gebilde 31 entsteht, wie es schematisch in Fig. 9 angegeben
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Ausführungsbeispiel um 450 gegen die Spiegelflächen geneigt sind. Selbstverständlich kann aber auch je nach dem erforderlichen Zweck ein von 450 verschiedener Winkel gewählt werden. Zwei dieser Teile, z. B. 34 und 35, werden nun in der in Fig. 10 dargestellten Lage miteinander vereinigt und bilden auf diese Weise das in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemässe Prisma.
Die Vereinigung der beiden Teile 33, 34 kann entweder dadurch erfolgen, dass die Teile aufeinandergelegt und durch einen geeigneten Rahmen gehalten werden, sie können aber auch z. B. miteinander verkittet oder in anderer geeigneter Weise in optischen Kontakt miteinander gebracht werden.
Es ist natürlich nicht notwendig, dass die spiegelnden Flächen der Reihen des erfindungsgemässen Prismas völlig reflektierend sind. Sie können vielmehr auch nur teilweise reflektierend und teilweise durchlässig sein.
Fig. 11 zeigt einen Prismenkörper für die Zwecke der Dreifarbenphotographie und-kinematographie.
Der Prismenkörper besteht aus sechs Teilprismen, a, b, c, d, e und t, die miteinander verkittet oder in sonstiger Weise baulich miteinander vereinigt sind. Er hat beispielsweise die Form eines Würfels, während die Teilprismen Parallelepipede mit einem quadratischen Querschnitt sind. Das Teilprisma a besitzt einen völlig reflektierenden Spiegel 40, der in einer Diagonalfläche des Teilprismas a liegt. Das Teilprisma b besitzt einen ähnlichen Spiegel 41, der gegen den Spiegel 40 um 900 geneigt ist. Das Teil-
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um 900 geneigt sind. Das Prisma e ist der Deutlichkeit halber noch einmal getrennt in Fig. 12 dargestellt.
Es entspricht im wesentlichen dem in Fig. l dargestellten und in seiner Wirkungsweise bereits erläuterten Prisma.
Bei der Aufnahme, bei der ein Strahlenbündel in drei Teilstrahlenbündel aufzuteilen ist, fallen die Lichtstrahlen auf die obere Deckfläche des Teilprismas f ein und treten in dieses ein. Ein Teil der Lichtstrahlen wird an dem ha. Ibreflektierenden Spiegel 42 nach links reflektiert und gelangt in das Teilprisma a, wo er ein zweitesmal von dem Spiegel 40 nach unten reflektiert wird. Er durchläuft alsdann das Prisma c und tritt an dessen Bodenfläche aus.
Ein zweiter Teil der einfallenden Lichtstrahlen wird von dem teilweise reflektierenden Spiegel 43 des Teilprismas f nach rechts reflektiert, trifft auf den Spiegel 41 des Teilprismas b, wird von diesem nach unten reflektiert, durchläuft das Prisma d, das keine Spiegel besitzt, und verlässt dieses an seiner unteren Bodenfläche.
Ein dritter Teil der einfallenden Lichtstrahlen endlich geht durch die teilweise durchlässigen Spiegel 42 und 43 des Teilprismas t ohne Reflektion hindurch, durchläuft das Teilprisma e und tritt an dessen Bodenfläche aus.
Besässe das Teilprisma e keinerlei Spiegel, so wäre der Weg des dritten Teils der Lichtstrahlen um die Strecke x kürzer als der Weg der an den Spiegeln 42 und 43 nach links und nach rechts reflektierten Teilstrahlen. Um diesen Nachteil zu beheben, wird das Teilprisma e mit zwei Reihen von Spiegeln versehen, wie dies in Fig. 12 veranschaulicht ist. Hiedurch wird der Weg der Lichtstrahlen innerhalb des Teilprismas e verdoppelt, ohne seine Richtung zu ändern, so dass er gerade um die fehlende Strecke x vergrössert wird. Auf diese Weise ist erreicht, dass sämtliche drei Teilstrahlenbündel in dem Prismenkörper genau den gleichen Weg zurücklegen.
In dem Weg der drei Teilstrahlenbündel können in an sich bekannter Weise Farbfilter, z. B. ein Rotfilter 46, ein Grünfilter 47 und ein Blaufilter 48, vorgesehen sein. Die Filter können z. B. unmittelbar auf den Bodenflächen der Teilprismen c, e und d angebracht sein.
Bei der Wiedergabe, etwa in der Farbenkinematographie, ist der Verlauf der Liehtstrahlen umgekehrt. Die drei schwarzweissen Teilbilder werden unter Zwischenschaltung entsprechender Farbfilter auf die Unterseite der Teilprismen e, e und rl projiziert. Die den drei Teilbildern entsprechenden Teilstrahlenbündel werden alsdann in dem Prismenkörper zu einem einheitlichen Strahl vereinigt, der das Teilprisma t an seiner oberen Fläche verlässt, wobei die Längen der Wege für alle Teilstrahlen einander gleich sind.
Selbstverständlich ist es möglich, den Prismenkörper nach Fig. 11 (ebenso wie die nachstehend noch zu beschreibenden Prismenkörper) in anderer Weise zu unterteilen, ohne hiedurch den Strahlengang zu beeinflussen. Z. B. können mehrere der unmittelbar nebeneinanderliegenden Teilprismen zu einem einzigen Teilprisma vereinigt sein. Es könnten etwa die Teilprismen a, fund b einerseits und die
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Hälfte des Teilprismas a fortfallen, so dass dieses mit dem Spiegel 40 abschliesst. Ebenso könnte die obere rechte Hälfte des Teilprismas b fortfallen, so dass dieses mit dem Spiegel 41 abschliesst. Beide fortfallenden Teile werden nicht von für die farbige Aufnahme oder Wiedergabe wirksamen Strahlen durchsetzt.
Ein anderes erfindungsgemässes Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 13,14 und 14 c bis 14/t veranschaulicht. Da der Lichtweg bei der Wiedergabe entgegengesetzt dem bei der Aufnahme ist, soll im nachstehenden nur die Wiedergabe, d. h. die Vereinigung der einfallenden drei Teilstrahlengänge zu einem einheitlichen Strahlenbündel, beschrieben werden.
Das Licht tritt in den Prismenkörper bei A, B und C (vgl. Fig. 13) in drei getrennten Strahlen-
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durch den die Strahlen nach rechts reflektiert werden und in das Teilprisma c eintreten, das einen reflektierenden Spiegel 52 (Fig. 14 e) besitzt, der die Strahlen nach hinten ablenkt. Die Strahlen treten nun in das Teilprisma h ein, das drei zueinander parallele Spiegel 53, 54 und 55 (Fig. 14 h) aufweist, von denen die Spiegel 53 und 54 teilweise reflektierend und teilweise durchlässig sind, während der Spiegel 55 völlig reflektierend sein kann. Die Strahlen gehen durch den teilweise durchlässigen Spiegel 53 hindurch und treten bei D aus.
Die bei B eintretenden Lichtstrahlen gehen durch das Teilprisma e hindurch. Dieses enthält zwei Reihen von Spiegeln, durch die der Lichtweg ohne Änderung seiner Richtung um die Strecke x verlängert wird (Fig. 14 e). Die Strahlen verlassen das Teilprisma e und treffen auf den teilweise reflektierenden Spiegel 54 in dem Teilprisma h. Sie werden von diesem nach oben reflektiert und sodann von dem teilweise reflektierenden Spiegel 53 im Teilprismah nach hinten reflektiert und mit den Strahlen des ersten Strahlenbündels vereinigt.
Die von C kommenden Strahlen gehen durch das Prisma f. Dieses besitzt gleichfalls zwei Reihen von Spiegeln, durch die der Lichtweg innerhalb des Teilprismas t um die Strecke y (Fig. 14 fil verlängert wird. Die Strahlen gelangen alsdann in das Teilprisma g, das keinerlei Spiegel enthält, und fallen auf den reflektierenden Spiegel 55 in dem Teilprisma h, von dem sie nach oben reflektiert werden. Sie gehen durch den teilweise durchlässigen Spiegel 54 des Teilprismas h hindurch und werden schliesslich von dem teilweise reflektierenden Spiegel 53 desselben Teilprismas nach hinten abgelenkt und hier mit den Strahlen des ersten und zweiten Strahlenbündels vereinigt.
Man überzeugt sich leicht, dass infolge der Verlängerung des Weges des zweiten Strahlenbündels um die Strecke x und die des dritten Strahlenbündels um die Strecke y die Wege innerhalb des Prismenkörpers für alle drei Strahlenbündel einander genau gleich sind.
Bei der eben beschriebenen Anordnung werden gleichzeitig die Strahlen des ersten Strahlenbündels, das bei A einfällt, in einer Ebene senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung der Strahlen um 900 gedreht. Dies ist häufig für eine günstige Ausnutzung des auf dem Film zur Verfügung stehenden Raumes zweckmässig.
Die Fig. 15, 16 und 16 a bis 16 k zeigen eine weitere erfindungsgemässe Ausführungsform eines Prismenkörpers für Dreifarbenphotographie und-kinematographie. Hier treten z. B. bei der Wieder-
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prismen b und d besitzen je einen völlig reflektierenden Spiegel, das Teilprisma c besitzt zwei völlig reflektierende Spiegel, das Teilprisma k besitzt zwei teilweise reflektierende und teilweise durchlässige Spiegel 61 und 62 sowie einen völlig reflektierenden Spiegel 63, die Teilprismen fund g schliesslich besitzen zwei Reihen paralleler Spiegel zur Verlängerung des Lichtwege.
Durch Verfolgung des Strahlenganges im einzelnen überzeugt man sich leicht, dass die Wege aller drei Strahlenbündel innerhalb des Prismenkörpers einander gleich sind.
Die freie Fläche E kann bei der Aufnahme dazu benutzt werden, um neben den drei Teilbildern gleichzeitig, etwa mittels eines besonderen Objektivs, ein normales Schwarzweissbild auf dem Film zu erzeugen.
Die Strahlen treten hiebei bei der Aufnahme von der Fläche F aus in das Teilprisma k ein, werden von dem Spiegel 61 nach unten und von dem Spiegel 63 nach vorn reflektiert, treten in das Teilprisma a ein und verlassen dieses bei E. Für dieses Schwarzweissbild ist natürlich die Länge des Lichtwege
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belanglos. Auf diese Weise ist es möglich, bei der Wiedergabe statt eines farbigen Bildes ein normales Schwarzweissbild zu projizieren.
Selbstverständlich kann in allen beschriebenen Fällen ein Schwarzweissbild auch dadurch projiziert werden, dass die drei Teilbilder ohne Zwischenschaltung von Farbfiltern miteinander vereinigt projiziert werden.
Selbstverständlich kann die vorliegende Erfindung auch für die farbige Aufnahme und Wiedergabe von Bildern unter Verwendung von mehr als drei Teilbildern, z. B. in der Vier-und Mehrfarbenphotographie und-kinematographie, verwendet werden.
Das erfindungsgemässe Prisma selbst ist überall da anwendbar, wo es darauf ankommt, den Lichtweg innerhalb eines für optische Strahlen durchlässigen Körpers um einen bestimmten Betrag zu verlängern oder Strahlenbündel beliebig aufzuteilen, zu vereinigen und zu reflektieren, ohne dass hiebei Unterschiede in den Weglängen der Strahlen auftreten.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Anordnung zur Verlängerung des Weges optischer Strahlen mittels mehrfacher Reflexionen,
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Mittel bestehenden Prismas reihenweise spiegelnde Flächen angeordnet sind, die wenigstens zum Teil zueinander parallel sind und durch die die Strahlen zunächst aus der Richtung des zu verlängernden Weges abgelenkt, alsdann in eine Richtung reflektiert werden, die zu der ursprünglichen Wegrichtung parallel, aber gegen diese versetzt ist und schliesslich, möglicherweise nach ein oder mehrfacher Wiederholung dieses Vorganges, wieder in die ursprüngliche Wegrichtung hingelenkt werden, wobei der Anfang einer jeden spiegelnden Fläche einer Reihe mit dem Ende der vorhergehenden spiegelnden Fläche derselben Reihe in einer Ebene liegt.