DE102006020052A1

DE102006020052A1 - Vorrichtung zum Erzeugen eines künstlichen Regenbogens mit unterschiedlichen optischen Effekten

Info

Publication number: DE102006020052A1
Application number: DE200610020052
Authority: DE
Inventors: Franciscus Gall
Original assignee: FACHHOCHSCHULE WIESBADEN
Current assignee: FACHHOCHSCHULE WIESBADEN
Priority date: 2006-04-26
Filing date: 2006-04-26
Publication date: 2007-10-31
Also published as: WO2007121742A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zum Erzeugen eines künstlichen Regenbogens. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht das Erzeugen eines Regenbogens mit verschiedenen Effekten mittels einer Lichtquelle und einer Flüssigkeitsfront unter Einsatz von drehbaren Scheiben mit Ausnehmungen für den Lichtdurchtritt (sog. Gobo-Scheiben) oder/und Filtern für bestimmte Wellenlängen.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zum Erzeugen eines künstlichen Regenbogens.
[Stand der Technik]
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht das Erzeugen eines Regenbogens mit verschiedenen Effekten mittels einer Lichtquelle und einer Flüssigkeitsfront unter bestimmten Voraussetzungen.
Im Stand der Technik sind bereits mehrere Systeme und Verfahren zum Erzeugen eines Regenbogens bekannt.
Die Patentanmeldung GB 2405490 A beschreibt ein Verfahren und ein System für die künstliche Erzeugung und die Anzeige eines Regenbogens. Das System weist eine Tungsten Lampe als Lichtquelle sowie ein Brunnenelement zum Erzeugen einer Fontäne von Wassertropfen auf. Eine Reihe von Spiegeln erzeugt einen parallelen Lichtgang und lenkt das Licht von der Lampe auf die Fontäne.
Die Offenlegungsschrift JP 06262110 A beschriebt einen Generator eines künstlichen Regenbogens. Dieser Generator ermöglicht die Beobachtung eines stabilen Regenbogens über eine längere Zeit. Hierbei wird ein Regenbogen an einem flachen Nebelschirm, welcher mittels eines Druckmittels erzeugt wird, wobei eine Druckmittelpumpe das Wasser aus einem Wassertank für eine Düse über einen Drei-Weg-Ventil bereit stellt.
Eine weitere Patentschrift US 4975811 betrifft ein Verfahren und ein System für die Illumination einer Fontäne aus Flüssigkeitstropfen zum Erzeugen eines Regenbogens. Das System beinhaltet eine Düse, eine Lichtquelle sowie ein Lichtlenkmittel und eine Flüssigkeitsquelle, welche eine Flüssigkeitsfront von Tropfen erzeugt.
Die oben genannten Systeme weisen mindestens einen wesentlichen Nachteil gegenüber der hier vorgestellten Erfindung auf, nämlich, dass sie ziemlich aufwendig sind. Das ist darauf zurückzuführen, dass man in im Stand der Technik versucht, einen parallelen Lichtstrahl zu erzeugen. Dazu wird entweder eine unendlich große Lichtquelle eingesetzt, die annähernd ein paralleles Licht emittieren kann, oder ein Reflektionsmittel (z.B. ein Spiegel mit mehreren Segmenten, das aus einem nicht parallelen Strahlengang einen parallelen erzeugt.
Darüber hinaus ist in keiner der Schriften zu entnehmen, dass Regenbogen mit unterschiedlichen Effekten dargestellt werden können.
[Aufgabe der Erfindung]
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein System bereitzustellen, dass das Erzeugen und die Darstellung eines künstlichen Regenbogens mit unterschiedlichen optischen Effekten gewährleistet.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein System nach Anspruch 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße System ermöglicht eine Darstellung eines Regenbogens mit unterschiedlichen optischen Effekten sowie eine Erscheinung von mehreren Regenbogen gleichzeitig.
Ein Regenbogen entsteht in der Natur durch eine Wechselwirkung annähernd kugelförmiger Wassertropfen mit dem Sonnenlicht. Dieses wird bei Ein- und Austritt aus den Tropfen wellenlängenabhängig gebrochen und an der rückwärtigen inneren Oberfläche richtungsabhängig reflektiert.
Fällt das Sonnenlicht auf eine Front von Regentropfen entweder während oder kurz nach einem Regen, wird das Licht in ihnen gebrochen und reflektiert. Da jeder Lichtstrahl auf eine andere Stelle des annähernd runden Regentropfens fällt, wird das parallele Sonnenlicht in einem Kegel zurückgeworfen, und zwar vorzugsweise in einem Winkel von ca. 41°. Diese 41° sind also der bevorzugte Winkel zwischen dem Licht, das auf den Wassertropfen trifft, und dem Licht, das den Tropfen verlässt. Das Sonnenlicht setzt sich aus allen Spektralfarben zusammen. Diese werden im Regentropfen unterschiedlich gebrochen. Somit ergibt sich für diese jeweils ein ganz bestimmter Winkel, der etwas von den 41° abweicht. Das rote Licht z.B. weist einen bevorzugten Winkel von etwa 42° auf, das blaue Licht eher von 40°. Blickt der Beobachter nun zur Regenwand, so erscheinen ihm alle Tropfen farbig, die das von der Sonne kommende Licht genau auf sein Auge umlenken. Der Regenbogen wird also nur sichtbar, wenn der Betrachter mit dem Rücken zur Sonne auf die Regenwand blickt, denn nur dann kann man in Richtung dieses Winkels schauen. Die Breite des Regenbogens entsteht dabei durch die Auffächerung der Farben in die unterschiedlichen Winkel, die eigentliche Form des Regenbogens aber durch das optische Verhalten der Lichtstrahlen im Regentropfen.
Um einen künstlichen Regenbogen erzeugen zu können, sollte die Natur quasi nachgemacht werden.
Die Größe eines Wassertropfens spielt bei der Darstellung von Farben eine große Rolle. Bevorzugt sind die Durchmesser vom 1,0 mm bis 2,0 mm.
Das erfindungsgemäße System umfasst mind. eine Flüssigkeitsquelle – bevorzugt eine Wasserquelle – mit einer Wassertropfenerzeugungsanlage, mind. eine Lichtquelle (z.B. ein Scheinwerfer). Um verschiedene optische Effekte erzielen zu können, wird eine drehbare Glasscheibe, sogenannte Gobo-Scheibe, sowie ein Filter in den Strahlengang des Scheinwerfers eingesetzt. Beim Einsatz mehrerer Lichtquellen kann eine gleichzeitige Darstellung von z.B. zwei, drei und mehr Regenbogen erzielt werden.
Überraschenderweise wurde festgestellt, dass der parallele Strahlengang nicht unbedingt notwendig ist. Es reicht auch aus, wenn der Strahlengang geordnet ist. Dies wird mittels einer möglichst punktförmigen Lichtquelle in einem paraboloid gekrümmten Reflektor (z.B. ein Scheinwerfer) erreicht. Außerdem ist in einem Scheinwerfer die innere Streuung vernachlässigbar klein.
Die erfindungsgemäße Flüssigkeitstropfenerzeugungsanlage, kurz Düse genannt, wurde entwickelt, um den Austritt von Wassertropfen mit Durchmesser zwischen 1,0 mm und 2,0 mm zu gewährleisten.
[Beispiele]
Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen 1 bis 7 dargestellt:
Auf den folgenden Beispielen ist das erfindungsgemäße System zum Erzeugen eines künstlichen Regenbogens mit verschiedenen optischen Effekten dargestellt.
1 stellt das einfachste System aus dem Stand der Technik dar.
2 zeigt die erfindungsgemäße Wassertropfenerzeugungsanlage.
3 zeigt schematisch eine Gobo-Scheibe.
4 zeigt das System mit einer Gobo-Scheibe.
5 stellt das System mit 2 Lichtquellen dar, wobei eine Lichtquelle nur weißes Licht emittiert.
6 stellt ein System zum Erzeugen von mind. zwei Regenbogen gleichzeitig dar.
7 zeigt ein System mit mind. einer schwenkbaren und/oder drehbaren Lichtquelle.
Die Abbildungen werden im Folgenden näher beschrieben.
In 1 ist der Stand der Technik abgebildet. Hierbei wird ein künstlicher Regenbogen mittels einer sehr großen (annähernd unendlich) Lichtquelle (1) und einer Quelle für Flüssigkeitstropfen (2) erzeugt. Die sehr große Lichtquelle soll das Sonnelicht imitieren.
2 zeigt die erfindungsgemäße Flüssigkeitstropfenerzeugungsanlage (2), eine Düse. Wie oben bereits beschrieben, sollten Wassertropfen annähernd rund sein, was bei Durchmessern von 1,0 mm bis 2,0 mm am besten zu erreichen ist.
Für die Herstellung solch einer Düse wurde ein massiver Block (6) aus Aluminium verwendet. Aus diesem Block wurde eine Nut (7) ca. 0,3 mm–1,7 mm über die Hälfte ausgeschnitten. Von der Bodenseite aus bis zu dieser Nut wurde eine Bohrung (8) gemacht, um die Wasserzufuhr von der Flüssigkeitsquelle mit einem Druckmittel (13) zu ermöglichen. Mit dieser Düse wird gewährleistet, dass die austretenden Wassertropfen ein Durchmesser zwischen 1,0 mm und 2,0 mm haben.
3 zeigt schematisch eine Gobo-Scheibe.
4 zeigt das erfindungsgemäße System mit einer eingebauten Glasscheibe, sogenannten Gobo-Scheibe (10). Mit dieser Scheibe lassen sich unterschiedliche optische Effekte erzielen, indem einzelne Abschnitte aus dem Lichtkegel herausgenommen werden, was zum Entstehen von Lücken im Regenbogen führt. Ein weiterer Effekt wird dadurch erreicht, wenn die Gobo-Scheibe sich dreht. Zu weiteren optischen Effekten führt das Zwischenschalten eines Farbfilters (14).
5 zeigt das System mit zwei Lichtquellen, wobei die zweite Lichtquelle (12) nur weißes Licht emittiert. Nach dem Einsatz einer Gobo-Scheibe (10) entstehen dunkle Abschnitte im Regenbogen (11). Dies führt manchmal zu unangenehmen Effekten für den Beobachter. Um dies zu vermeiden, wird eine zweite Lichtquelle (12) benötigt, die nur weißes Licht emittiert, um diese dunkle Stellen aufzuhellen. Somit werden zwei Lichtstrahlen von zwei Lichtquellen aus verschiedenen Richtungen auf die Wasserfront (3) emittiert.
Mit mehreren zu einander versetzten Lichtquellen lassen sich gleichzeitig mehrere Regenbogen erzeugen (6). Um weitere optische Effekte zu erzielen, kann man die Lichtquellen, bevorzugt Scheinwerfer, z.B. drehen und/oder schwenken, usw. (7).
Mit einem digitalen Gerät als Lichtquelle, z.B. einem Projektor, lassen sich Farbeffekte, Veränderungen und Abbildungen im Regenbogen selbst erzeugen.
In einer – nicht dargestellten – Ausführungsform sind mehrere, etwa in einer Reihe angeordnete Tropfenerzeugungsanlagen vorgesehen.
In einer bevorzugten – nicht dargestellten – Ausführungsform weisen diese mehreren Tropfenerzeugungsanlagen sich ergänzende Sprühmuster zur Erzeugung einer größeren, aber dennoch homogeneren Tropfenfront auf.
In einer ganz besonders bevorzugten – nicht dargestellten – Ausführungsform sind gegenüber der einen oder der mehreren Tropfenerzeugungsanlagen Elemente zum Ansaugen von Luft oder allgemein zur Erzeugung eines Unterdruck vorgesehen, so dass die von der Tropfenerzeugungsanlage ausgehenden Tropfen etwa in einer Ebene angesaugt werden, um so die Diffusion der Tropfen und damit die Unschärfe des Regenbogens zu reduzieren.

1: Lichtquelle
2: Flüssigkeitstropfenerzeugungsanlage
3: Flüssigkeitstropfenfront
4: Oberfläche (z.B. Erde)
5: Lichtstrahl
6: Massiver Block
7: Nut
8: Bohrung
9: Austrittsrichtung von Wassertropfen
10: Gobo-Scheibe
11: Regenbogen
12: Weiß-Licht-Quelle
13: Flüssigkeitsquelle mit einem Druckmittel
14: Farbfilter

Claims

Vorrichtung zum Erzeugen eines künstlichen Regenbogens, umfassend mindestens eine Lichtquelle (1), sowie eine Flüssigkeitsquelle mit Druckmitteln (13), sowie eine Flüssigkeitstropfenerzeugungsanlage (2) zum Erzeugen einer Flüssigkeitstropfenfront (3), welche zusammen mit den Druckmitteln und der Tropfenerzeugungsanlage (2) zur Erzeugung eines Regenbogens ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner eine bewegliches Element zum mindestens teilweisen Durchlass von Licht, z.B. in Form einer Gobo-Scheibe (10), aufweist, welches im Strahlengang zwischen der Lichtquelle und der Flüssigkeitstropfenfront angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Lichtquelle (1) beweglich und/oder rotierbar ausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (1) in einer Ebene parallel zur Flüssigkeitstropfenfront beweglich ausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Element zum mindestens teilweisen Durchlass von Licht rotierbar ausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite, zur ersten beabstandete Lichtquelle (1) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Lichtquelle (1) zur Aussendung von näherungsweise parallelem Licht ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass gegenüber der Tropfenerzeugungsanlage (2) ein Element zum Ansaugen von Luft angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Tropfenerzeugungsanlagen (2) vorgesehen sind, welche etwa in einer Reihe angeordnet sind und/oder sich ergänzende Sprühmuster aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der mindestens einen Lichtquelle (1) und der Flüssigkeitstropfenfront (3) mindestens ein Farbfilter (14) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Lichtquelle (1) zu Aussendung von weissem Licht ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitstropfenerzeugungsanlage (2) als Düse mit Bohrung (8) zum Eintritt der Flüssigkeit und einer Nut (7) zum Austritt der sich bildenden Tropfen ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass Flüssigkeitstropfenerzeugungsanlage (2) als massiver Block (6) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite, zur ersten beabstandete Lichtquelle vorgesehen ist, welche in Form eines Projektors, z.B. eines Beamers zur Abgabe von Farbmustern auf die Flüssigkeitstropfenfront ausgebildet und angeordnet ist.
Verfahren zur Erzeugung von sich bewegenden künstlichen Regenbogen mittels einer Lichtquelle und einer Flüssigkeitstropfenfront, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine bewegliche Lichtquelle oder/und mindestens ein bewegliches, zwischen der Lichtquelle und der Flüssigkeitstropfenfront angeordnetes, zum mindestens teilweisen Durchlass von Licht ausgeführtes, Element verwendet wird.