DE1030057B

DE1030057B - Strahlenteileranordnung

Info

Publication number: DE1030057B
Application number: DET5447A
Authority: DE
Inventors: Donald Horton Kelly
Original assignee: Technicolor Motion Picture Corp
Current assignee: Technicolor Motion Picture Corp
Priority date: 1951-07-21
Filing date: 1951-12-15
Publication date: 1958-05-14

Description

Strahlenteileranordnung Die Erfindung betrifft Strahlenteileranordnungen, die aus einem reelle Bilder erzeugenden optischen System und einem lichtdurchlässigen, einen. oder mehrere keilförmige Interferenzüberzüge tragenden Körper bestehen. In solchen Anordnungen wird bekanntlich ein einzelnes bilderzeugendes, das optische System durchsetzendes Lichtstrahlbündel in zwei oder mehr Strahlenbündel aufgespalten oder umgekehrt mehrere bilderzeugende Strahlenbündel zu einem einzigen zusammengesetzt. Wenn solche Systeme mit konvergenten oder divergierenden. Lichtstrahlbündeln verwendet werden, besitzen sie den Nachteil, da,ß sich die Beziehungen zwischen der Wellenlänge des einfallenden Lichtes und den Reflexions- und Durchla,ßeigenschaften über die verwendeten Bildfelder hin ungleich verteilen. Diese Ungleichmäßigkeiten treten in der Hauptsache auf Grund der unvermeidlichen Unterschiede der Einfallswinkel der Strahlen von Bildträgerbündeln, welche auf die Strahlenteilerflächen auftreffen, auf, und zwar insbesondere dann, wenn diese Flächen zur Achse des Strahlenbündels geneigt angeordnet sind.
Dieses Problem ist im Falle der Teilung oder Vereinigung von Lichtstrahlbündeln für die Farbphotographie oder das Farbfernsehen mittels optischer Interferenzüberzüge in der Kamera (bzw. Sendestelle) oder im Projektionsapparat (bzw. Empfangsstelle) besonders wesentlich. Für solche Anordnungen sind möglichst gleichmäßige Reflexions- und Durchlaßeigenschaften der teilweise durchlässigen Strahlenteilerüberzüge und außerdem ein Zusammenwirken der Farbeigenschaften der einzelnen in Farben zerlegten Bilder erforderlich. Außerdem müssen die Empfindlichkeit und andere Eigenschaften zugeordneter Teile, wie z. B. von Emulsionen oder licht analysierenden und -ausstrahlenden Schirmen, sowie das menschliche Auge in Betracht gezogen werden. In den meisten Fällen sollen Systeme dieser Art mit möglichst weiten Bildwinkeln und starken Neigungen mindestens einer Trennfläche gegen die optische Achse verwendet werden, was das Problem noch erschwert, In der französischen Patentschrift 982304 ist vorgeschlagen worden, die infolge der verschiedenen Neigungen der aus einem optischen System auf eine Interferenzschicht auftreffenden Strahlen hervorgerufene Verschiebung der Reflexions- bzw. Durchlässigkeitskurve durch eine Dickenänderung ier Interferenzschicht zu kompensieren und deshalb die Interferenzschicht keilförmig zu gestalten.
In dieser Patentschrift ist auch beschrieben, wie derartige keilförmige Interferenzschichten berechnet oder empirisch hergestellt werden. Ihr ist jedoch nichts darüber zu entnehmen, in bezug auf welche besondere Strahlen des vorgeschalteten optischen Systems der Keilwinkel der Schicht bestimmt werden soll.
Anscheinend wird von der Mitte der letzten Linse ausgegangen, d. h., die Anordnung ist nur für sehr kleine Blendenöffn.ungen brauchbar. Für lichtstarke optische Systeme, wie sie in der Farbphotographie und beim Farbfernsehen unerläßlich sind, kommt diese Lösung nicht in Frage: Strahlenteiler- und Vereinigungsanordnungen wurden schon bisher mit nicht- parallelen Flächen versehen, jedoch ohne Berücksichtigung des Problems, eine möglichst gleichförmige Verteilung des Farb. tons, der Helligkeit und der Sättigung über die verschiedenen Bildflächen hinweg zu erreichen. Metallische durchscheinende Reflektoren wurden keilförmig ausgebildet, um eine Änderung des Reflexionsfaktors mit dem Einfallswinkel von auf eine schräge: lichtaufspaltende Fläche auffallendem Licht zu kompensieren, da der Reflexionsfaktor außerdem eine Funktion der Dicke des metallischen Films ist. Da, mit anderen Worten, sowohl ein größerer Einfallswinkel als auch ein dickerer Überzug die Reflexion verstärken, gleicht ein dickerer Überzugsfilm in dem Bereich, in dem das einfallende Licht in einem steileren Winkel eintritt, Änderungen des Reflexionsfaktärs über das Bildfeld hin aus. In der Praxis sollte im Fall einer teilweise versilberten reflektierenden Fläche, die hinter einem Linsensystem innerhalb eines optischen Würfels mit einer Neigung von 45° zur Systemächse angeordnet ist, der Silberüberzug an der dem Bild zugewandten Seite etwas dünner und an der der Linse zugewendeten Seite etwas dicker sein. Es wurde auch bereits vorgeschlagen, Interferenzschichten keilförmig auszuführen, um Antireflexionsüberzüge neutraler zu machen. Solche Keile besitzen jedoch nur eine einzige dielektrische Schicht, sind keinem optischen System angepaßt und tragen weder einem bestimmten Reflexionsband noch besonderen Einfallswinkeln Rechnung. Es wurde ferner vorgeschlagen, zur Durchführung feiner unterteilter Interferometermessungen stufenförmige Interferenzüberzüge zu verwenden, wobei jedoch die Energieverteilung über die Bildebene unbeachtet blieb.
Die Wirkung eines optischen Interferenzüberzugs, wie z. B. eines dichromatischen Reflektors, auf die Gleichmäßigkeit des von ihm durchgelassenen konvergenten Lichtes verschiedener Wellenlängen ist vollständig verschieden von derjenigen eines metallischen Reflektors. Der Reflexionsfaktor (d. h. das Verhältnis der Amplituden des auf eine Fläche auftreffenden und des davon reflektierenden Lichtes) an einer beliebigen Zwischenfläche ist unabhängig von der Dicke der benachbarten Schichten, so da.ß die Äilderung der Reflexionsfähigkeit mit dem Einfallswinkel nicht durch eine Vergrößerung der übeTzugsdicke ausgeglichen werden kann, wie es bei einem metallischen Überzug möglich ist. Ebenso. ist die schädliche Wirkung der Helligkeitsänderung innerhalb des Bildfeldes eines metallischen teildurchlässigen Spiegels zu vernachlässigen im Vergleich zu der bekannten Wellenlängenänderung, die dann auftritt, wenn die Strahlen eines Lichtbündels mit verschiedenen Winkeln auf einen optischen Interferenzüberzug auftreffen. Dies beruht darauf, daß die Reflexionsbanden eines solchen Überzugs durch Interferenz zwischen von den Zwischenflächen des Überzugs reflektierten Strahlen entstehen, und zwar als Funktionen der Phasenbeziehungen zwischen den reflektierten Strahlen. Die Phasenbeziehungen hängen von der Geometrie des Systems, soweit es die Unterschiede zwischen verschiedenen Reflexionswegen bestimmt, ab. Die Wegunterschiede werden mit wachsendem Einfallswinkel geringer, und die Reflexionsbanden verschieben sich dementsprechend mit zunehmendem Einfallswinkel nach kürzeren Wellenlängen.
Es hat sich gezeigt; daß die Helligkeitsverteilung bei optischen Interferenzüberzügen im Vergleich zu metallischen durchscheinenden Reflektoren nur in einem beschränkten Maß geregelt werden kann, wogegen man die Änderung des Durchlaß- und Reflexionsvermögens gemäß der Erfindung ohne nachteilige Störung der Helligkeitsverteilung regeln kann.
Erfindungsgemäß ist eine Strahlenteileranordnung. bestehend aus einem optischen System und einem mit einem oder mehreren keilförmigen Interferenzüberzügen versehenen lichtdurchlässigen Körper dadurch gekennzeichnet, daß der Keilwinkel der Interferenzüberzüge so gewählt ist, daß für alle von der Austrittspupille herkommenden Hauptstrahlen sich annähernd das gleiche Reflexions- bzw. Durchlaßmaximum ergibt.
Hierdurch erzielt man den Vorteil, daß auch für die Randstrahlen bei weit geöffneter Pupille eine praktisch vom Einfallswinkel unabhängige spektrale Reflexion bzw. Durchlässigkeit erreicht wird..
Es ist nicht ohne weiteres klar, daß ein keilförmiger Interferenzüberzug fähig sein soll, die Verschiebung von Farbbereichen über das Bildfeld hin zu korrigieren. Es ist tatsächlich theoretisch unmöglich, für den Würfel unter allen möglichen Winkeln durchsetzende Strahlen die gleichen spektralen Reflexionscharakteristiken zu erhalten. Gemäß der Erfindung ist es indessen möglich. zwar etwas weniger strengen, aber immer noch ausreichenden Anforderungen zu genügen, wie z. B. der Forderung, daß für gegebene praktische Bedingungen die Verteilung der durchgelassenen bzw. reflektierten Wellenlängen über einen bestimmten Bereich in vorherbestimmtem Maße mit gewissen Normen übereinstimmt, und zwar insbesondere, in bezug auf Bandbreite und Intensitätsverteilung innerhalb eines bestimmten Bereiches. Oft ist es nicht notwendig, daß die Interferenzüberzüge vollkommene Farbeigenschaften besitzen, da man einen Ausgleich auch dadurch erzielen kann, daß man in einer Kamera die Filter oder auch die in erster Linie mit Rücksicht auf ihre farbselektiven Eigenschaften ausgesuchten Emulsionen hinsichtlich ihrer Wellenlängenabhängigkeit entsprechend wählt.
Die Dickenzunahme des Überzugs wird vorzugsweise so gewählt, daß der vom Interferenzübarrzug reflektierte Wellenlängenbereich an allen Punkten' des Überzugs schmaler als das sichtbare Spektrum ist: Ferner kann die Dickenzunahme so eingestellt werden, daß für alle Hauptstrahlen die reflektierte Lichtintensität bei einer bestimmten Wellenlänge i°JIl im. wesentlichen die gleiche ist. Vorzugsweise läßt man die eine Grenze eines Reflexionsbereiches für alle Hauptstrahlen zusammenfallen.
Der Überzug besteht im allgemeinen aus einer Mehrzahl von Schichten. In diesem Falle wird eafmdungsgemäß die Dickenzunahme an jedem Punkt der Schichten ungefähr umgekehrt proportional zu° Cosinus des Brechungswinkels des an dieser Stelle in, die Schicht eintreffenden Hauptstrahles gewählt: Der lichtdurchlässige Körper kann mehrere keilförmige Interferenzüberzüge tragen, deren Reflexions- sind Durchlaßmaxima an verschiedenen Stellen des Spek= trums liegen.
Die Dickenzunahme des Überzugs hängt vom Abstand desselben von der Austrittspupille des mit ihm verknüpften optischen Systems ab. Infolgedessen könneu erfindungsgemäß optische Systeme mit verschiedenen Eigenschaften., beispielsweise verschiedenen Brennweiten, gegeneinander ausgewechselt werden; wenn nur der Abstand zwischen der Austrittspupille und dein Überzug für jedes optische System derselbe bleibt.
Demgemäß besteht ein weiteres Merkmal der Erfindung in. einer Anordnung, die aus einen Satz Bilderzeugender optischer Systeme, z. B. photographische Objektive mit verschiedenen Brennweiten, aber 'im wesentlichen demselben Abstand zwischen 4m- Austrittspupille und der Bildebene des Bildes eines in einer gewissen Entfernung vom optischen System befindlichen Gegenstandes, zusammengesetzt ist. Jedes dieser optischen Systeme ist derart justiert, daß das das System durchsetzende bilderzeugende Lichtbündel den Überzug beleuchtet und daß die Austrittspupille sich in einem festen Abstand von dem Überzug'] be findet.
Besteht der Überzug wie gewöhnlich aus mehrezet Schichten, so können deren Dickenzunahme ohne Rücksicht auf die verschiedenen Brechungsindices der abwechselnden Schichten so gewählt werden, daß sie stets denselben Mittelwert haben, der zwischen des zwei für einen Einzelausgleich der Schichten mit dem höchsten bzw. niedrigsten Brechungsindex erforderlichen Keilsteilheiten liegt. Streng genommen müßt'e, wie erwähnt, an jeder Stelle die Dickenzunahme der Schichten umgekehrt proportional zum Brechungswinke] des Hauptstrahles sein, jedoch ergibt die söehen geschilderte Vereinfachung keine wesentliche Verschlechterung der optischen Eigenschaften der Strahlenteileranordnung. Die Erfindung und typische Ausführungsformen werden an Hand der Fig. 1 bis 14 erläutert. In der Zeichnung -neigt Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bekannten Strahlenteileranordnung, wobei die spektralen Eigenschaften der Strahlenkomponenten angegeben sind, Fig.2 eine schematische Darstellung, welche verschiedene Strahlen der erfindungsgemäßen Strahlenteileranordnung zeigt, Fig.3 eine schematische Darstellung, welche das Verhältnis der Wellenlänge von an optischen Interferenzüberzügen reflektiertem Licht zu dem Einfallswinkel des Lichtes und der Dicke der Überzugsschichten zeigt.
Fig. 4, 5 und 6 schematische Darstellungen gemäß Fig. 1, 2 und 3, welche die Grundzüge, auf denen die Durchführung besonderer Ausführungsformen der Erfindung beruht, erläutern, wobei in Fig. 4 bestimmte. in Fig. 1 und 2 gezeigte Einzelheiten der Einfachheit halber weggelassen wurden, Fig. 7 einen Querschnitt durch den optischen Teil einer Farbtrennkamera, kombiniert mit schematischen Darstellungen, welche die Wechselwirkung zwischen einer Reihe von Linsensystemen und einem Strahlenteilerwürfel zeigen.
Fig.8 eine schematische Schnittansicht eines strahlenteilenden Prismas, wie es z. B. in der Kamera gemäß Fig. 7 enthalten ist, woraus man im einzelnen die Struktur erfindungsgemäß ausgebildeter optischer Interferenzüberzüge entnehmen kann, Fig.9 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems mit drei Bildöffnungen, Fig. 10 eine schematische Ansicht einer Farbfern->.#-.hsendereinrichtung mit einem Strahlenteiler gemäß der Erfindung, Fig. 11 eine schematische Ansicht eines Farbfernsehempfa.ngsgeräts mit einem Strahlenteiler gemäß der Erfindung, Fig. 12, 13 und 14 Darstellungen zur Erläuterung einer Technik zur richtigen Bemessung von keilförmigen Interferenzschichten; wie sie in Fig. 4 bis 11 gezeigt sind.
Die charakteristischen Grundzüge der Erfindung und allgemeine Ausführungsformen werden nachstehend in bezug auf Fig. 1 bis 6 beschrieben.
In Fig. 1 bezeichnet O ein brechendes und/oder reflektierendes optisches System, welches ein durch die axialen Strahlen b, g, r bezeichnetes bilderzeugendes Strahlenbündel erzeugt und eine Austrittspupille Ep' besitzt, welche, wie in Fig. 2 gezeigt, ein Hauptstrahlenbün.del Pc und Randstrahlenbündel Pyn 1, Pirt 2 und Pm 3 begrenzt. Ein lichtaufspaltender, keilförnniger Teil Cu, ist zwischen der Pupille und der Bildfläche 311 angeordnet, wodurch auf den Flächen !'1T 1 und :1T2 Bilder erzeugt werden. Der Einfachheit halber sind in Fig. 2 nur die durchgelassenen Strahlen gezeigt. Natürlich kann O ein Kameraobjektiv und Cw in einem prismatischen Körper eingeschlossen sein, und es können übliche geeignete Geräte zum Festhalten der Bildaufnahmeelemente, wie z. B. der Filme oder Schirme in den Brennebenen 1171 und M2, vorgesehen werden. Nimmt man an, daß die Fläche Czt! ein Interferenzüberzug ist, so umfassen die durchgelassenen und reflektierten Strahlenhündel komplementäre Spektralbereiche, wie sie in Fig. 1 durch Strahlen b, g, r und in den Lichtdurchgangs-Re4iexionsdiagramnnen neben den entsprechenden Brennebenen M 1 und 1V12 gezeigt sind. In diesem Beispiel wird der mittlere oder grüne Spektralbereich reflektiert, so daß auf 1V12 ein Grünbild und auf M 1 ein Blau-Rot-Bild (Magenta) erscheint. Natürlich sind die die Spektralbereiche wiedergebenden Kurven nur angenähert. In der folgenden, Fig. 4 betreffenden Beschreibung sind diese Spektralbereiche durch Marken angezeigt, wie sie in Fig. 1 und 3 an der Stelle eines Durchlässigkeitsminimums in dem durchgelassenen Strahlenbündel vorhanden sind.
Fig. 3 zeigt zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Korrekturverfahrens unter Bezugnahme auf Fig.4 bis 6 den Zusammenhang zwischen der Dicke t eines optischen Interferenzüberzugs C, dem Einfallswinkel 99 eines Lichtstrahles P und der Wellenlänge Ä der reflektierten und durchgelassenen Strahlen Pr und Pt. Senkrecht nach oben ist die Durchlässigkeit D, nach unten also die Reflexion R aufgetragen. Wie in Fig. 3 durch Pfeile a (p und at schematisch angezeigt, verursacht eine Vergrößerung des Einfallswinkels 9p eine Verschiebung gegen kleinere Wellenlängen, wogegen eine Erhöhung der Schichtdicke t und daher ein längerer Strahlenweg eine Verschiebung nach größeren Wellenlängen hin bedingt.
Fig. 4 zeigt in Spalte A auf der linken Seite die spektralen Änderungen bei verschiedenen charakteristischen Strahlengängen durch einen .optischen Interferenzüberzug Cp der üblichen gleichmäßigen Dicke und in Spalte B auf der rechten Seite der Figur die entsprechenden Strahlenwege durch einen erfindungsgemäßen keilförmigen Überzug Cw. Natürlich kann der strahlenteilende oder vereinigende Überzug Cw auf Trägerkörper beliebiger Art aufgebracht werden. Zum Beispiel können Würfel gemäß Fig. 7 oder flache Körper gemäß Fig. 10 ,verwendet werden.
Bei den in Fig. 1 his 4 erläuterten Beispielen wird angenommen, da.ß weißes, parallel zu der Systemachse S auffallendes Licht in durchgelassene blaue und rote und in ein reflektiertes grünes Lichtstrahlbündel aufgespalten wird, wie für das oberste Strahlenbüschel Pu in Spalte A, Reihe I, der Fig. 4 angezeigt ist. Natürlich gilt alles hier für die Farbeigenschaften in dem reflektierten Strahlenbündel Gesagte ebenso für das durchgelassene Strahlenbündel. Der Übersichtlichkeit halber ist vorzugsweise das durchgelassene und nicht das reflektierte Strahlenbündel in Fig. 4 gezeigt und behandelt. Die Maxima der Reflexionsbereiche sind jedoch durch Kreuze angezeigt, die Minima der optischen Durchlässigkeit entsprechen.
Die Dicke des Keils Cw wird etwa in der Mitte des Keils gleich der Dicke des gleichförmigen Überzugs Cp angenommen, so daß axiale Strahlen in beiden Fällen im gleichen Spektralbereich durchgelassen werden.
In Reihe I der beiden Spalten A und B (der Kürze halber »I-A-B« geschrieben) von Fig. 4 sind Strahlenbüschel aus drei parallelen Strahlen gezeigt, und zwar ein oberer Strahl Ptt, ein axialer Strahl Pa und ein unterer Strahl Pl. Beim Durchtritt durch den gleichmäßig dicken Überzug Cp, der in Spalte A gezeigt ist, besitzen diese Strahlen gleiche Reflexionsbereiche, wohingegen der keilförmige Überzug Cw in Spalte B die Bereiche mit dünner werdendem Keil nach kürzeren Wellenlängen hin verlagert (vgl. Fig. 3). Diese Verlagerung wird nachstehend als »Dickeverschiebung« bezeichnet.
Bei II-A-B von Fig.4 sind drei Strahlen gezeigt, welche sich im Mittelpunkt des Interferenzüberzugs schneiden, und zwar ein oberer diagonaler Strahl Pdu, ein axialer Strahl Pa (identisch mit dem bei I gezeigten) und ein unterer diagonaler Strahl Pdl. Da für alle praktischen Zwecke die Dicke von Cp und Cw im Schnittpunkt der diagonalen Strahlen dieselbe ist, ist die Bereichverschiebung- in beiden Fällen gleich, und zwar nicht auf Grund einer Dickeänderung, sondern vielmehr auf Grund der Änderung des Einfallsdinkels, was, wie vorstehend in bezug auf Fig. 3 erläutert ist, mit größer werdendem Einfallswinkel eine Verschiebung nach kürzeren Wellenlängen hin be@ deutet. Das wird nachstehend als »Winkelverschie@ bung« bezeichnet.
Es sei bemerkt, daß keines der bis jetzt besprochenen Strahlenbüschel bilderzeugend ist. Indessen entspricht die Wirkung gleichmäßig dicker Überzüge Cp bzw. keilförmiger Überzüge Cw auf diese Strahlen derjenigen auf bilderzeugende Strahlen., die jetzt besprochen werden sollen. Hierdurch wird eine zwar empirische, jedoch vollständig zutreffende und praktisch ausreichende Erläuterung des Erfindungsgedankens ermöglicht.
Bei III-A-B zeigt Fig. 4 eine Gruppe von Strahlen, die vom Mittelpunkt der Austrittspupille E eines bilderzeugenden Systems aus divergieren, wie z. B. einer Linse oder eines Spiegels. Bekanntlich ist die Austrittspupille das in Richtung. der Linse gesehene Bild der 13lende eines solchen Systems. Diese Strahlen werden für gewöhnlich als Hauptstrahlen bezeichnet und sind bei III in Fig.4 als oberer Hauptstrahl Pcu, axialer Strahl Pa (derselbe wie bei I und II) und unterer Hauptstrahl Pcl bezeichnet. Die Wellenlängen- und Ampiitudenverteilung dieser Hauptstrahlen -bestimmen die Farbsättigung und Brillanz der Bildpunkte: wenn das Abbildungssystem auf eine kleine Öffnung abgeblendet wird, die durch die enge Blende E bei III angezeigt ist. Bekanntlich stellen diese Hauptstrahlen im wesentlichen das bilderzeugende verwertbare Licht in -einer Lochkamera dar.
i Mit einem üblichem- Überzug Cp bei III-A zeigt der obere- Hauptstrahl Pcit eine Winkelverschiebung nach kürzeren Wellenlängen entsprechend derjenigen des Strahles Pdtt bei II-A, allerdings infolge des kleineren Einfallswinkels in einem geringeren Maß.
Betrachtet man- nun den keilförmigen- Überzug Cw in III-B, so zeigt diese Darstellung für alle drei Strahlen das gleiche Durchlaßminimum; wobei der Keil gemäß der Erfindung so bemessen- ist, däß die Dickeverschiebung die Winkelverschiebung vollständig kompensiert. Es sei unter Bezugnahme auf Fig. 3 daran erinnert, daß ein sich vergrößernder Einfallswinkel einem Reflexionsmaximum bei kürzeren Wellen entspricht, während- -zunehmende Dicke einem Re= flexionsmaximum bzw. Durchlaßminimum bei längeren Wellen entspricht. Ein steilerer Einfallswinkel kann daher durch einen längeren Strahlenweg ausgeglichen werden.
Aus Fig. 2 und 4 ist ersichtlich, daß die genaue Form des keilförmigen Überzugs von seinem Abstand von der Austrittspupille abhängig ist, da dieser Abstand den Einfallswinkel an einem gegebenen Punkt des Überzugs, seine erforderliche ausgleichende Dicke und daher die Keilsteilheit bestimmt.
In Reihe IV, V und VI von Fig. 4 sind die durch eine weite Blende austretenden bilderzeugenden Strahlen gezeigt. Das Verhalten dieser Strahlen entsprIcht demjenigen der zu ihnen parallelen Strahlen in i seihe I, 1I und III.
In der Annahme, daß der Keil zur vollständigen Ausgleichung der Spektralv erschiebung des Reflexionsmaximums bzw. Durchlaßminimums der Hauptstrahlen bestimmt ist; -wird nun die Wellenlängenverschiebung bei geöffneter Blende besprochen. Bei IV sind ein oberer Randstrahl Pit, ein mittlerer Strahl Pma und ein unterer Randstrahl Pdu (Büschel Pml in Fig. 2) gezeigt, die einen Punkt o abbilden. Bei V bilden ein oberer Strahl Pmu, ein axialer Strahl Pa und ein unterer Strahl Pntl (Büschel Pm2 in Fig. 2) einen.' Punkt p ab. Bei VI bilden ein oberer Strahl Pdl, ein mittlerer Strahl Pmb und ein unterer Strahl PI (Büschel Piva 3 in Fig. 2) einen Punkt q ab. Wie ersichtlich, können die Wellenlängenverschiebungen für diese Strahlen von dem bei I, 1I und III auftretende abgeleitet werden. Die Strahlen Ptt von IV, Pa von V und Pl von VI entsprechen den parallelen Strahlen in I, Pdit tritt in II und IV und Pdl in II und VI auf. Die Strahlen Pina und Pinl von IV und V entsprechen Pcu von III und die Strahlen Pnait und Pmb von V und VI Pcl von III. Die entsprechenden Verschiebungen sind in Fig. 4 sowohl für die unkorrigierten als auch für die korrigierten Überzüge Cp bzw: Cw unter A bzw. B deutlich gezeigt.
Obwohl die Reflexionsbandverschiebungen vorstehend auf einer rein empirischen und qualitativen Grundlage erklärt wurden, können durch genaue Einhaltung und Berechnung der betreifenden Weglängen, Einfalls- und Brechungswinkel und der verschiedenen Keildicken des Überzugs die entsprechenden qüarititativen Werte erhalten werden. Für die meisten Zwecke sind empirisch erhaltene Werte vollständig ausreichend. Eine geeignete Methode zur Bestimmung der Keilform und zum Aufbringen eines Keils wird nachstehend beschrieben. ..
Unter Berücksichtigung, daß die spektrale Beschaffenheit nach den bekannten Regeln der additiven Farbmischung aus der kombinierten Wirkung der Wellenlängen und der Intensitäten aller diesen Punkt erreichender Strahlen besteht, soll nun die optische Gesamtbeschaffenheit der Bildflächen gemäß Fig. 4 unter Bezugnahme auf Fig: 5 und 6 besprochen werden, welche sich, wie ersichtlich, auf .die resultierenden Reflexions- und Durchlaßbereiche für Strahlen unter allen Einfallswinkeln auf denn.oben unter 111-VI besprochenen Überzug beziehen. Fig. 5 und 6 erläutern in ihren oberen Kurvenbildern die Wellenlängenbedingungen an den Punkten o, p und q für Hauptstrahlen allein. Die unteren Kurvenbilder der Fig. 5 und 6 erläutern dagegen die über das ganze Bildfeld 371 gemittelten Eigenschaften. Wie in Fig. 3 entsprechen die Reflexionsmaxima in Fig. 5 und 6 den Kreuzen in Fig. 4.
Fig. 5 zeigt, daß die Reflexionscharakteristiken für Bildpunkte bei A-IV-V-VI beträchtlich schwanken; so daß der Farbton sich über das Feld hin ändert. Andererseits liefert, wie in Fig. 6 gezeigt, der korrigierte Interferenzüberzug gleiche zusammengesetzte Faxbwerte für jeden Bildpunkt und daher eine gleichmäßige Farbverteilung über das Feld.
Die Durchlaß- bzw. Reflexionsbereiche für B-IV-V-VI sind etwas breiter als diejenigen für A-IV-V-VI, liegen jedoch zu beiden Seiten der gleichen Wellenlänge,- was von größter Wichtigkeit ist, obgleich dies von einer etwas schwächeren Sättigung begleitet ist, und zwar infolge der größeren Verschiebung bei B IV bzw. B V, bzw. B VI allein im Vergleich zu der Verschiebung bei A-IV-V-VI. Die Intensitäten von III in Fig.6 ergeben zusammen mit denen von IV, V und VI in derselben Figur eine teecht gleichmäßige Sättigungsverteilung in der Bildebene.
Die Dickenzunahme des Interferemzüberzugs hängt unter anderem von der Wellenlänge ab, bei welch der Überzug sein Reflexionsmaximum aufweisen soll: Bei optischem Geräten, die- mehr als einen Überzug enthalten, hängt die Keilform von der Wellenlänge des Reflexionsmaximums des entsprechenden zugeordneten Überzugs ab. Ein Rot reflektierender Überzug würde daher nicht dieselbe Keilsteilheit benötigen wie ein Blau reflektierender Überzug. Diese Tatsache wird nachstehend unter Bezug auf ein praktisches Ausführungsbeispiel besprochen, bei dem zwei Überzüge verschiedener Selektivität zur Anwendung kommen.
Fig. 6 zeigt deutlich, daß ein geeignet ausgeführter keilförmiger Überzug eine gleichmäßige spektrale Verteilung über das Bildfeld ergibt, wohingegen die Wellenlängen des Reflexionsmaximums für die einzelnen Bildpunkte bei einem unkorrigierten Überzug gemäß Fig. 5 variieren,, was die Farbwiedergabe verfälscht. Dieser Unterschied gilt sowohl für enge als auch weite Blenden, wie aus einem Vergleich der Reihen III bzw. IV, V, VI der Fig. 4 hervorgeht. Ein Zusammenfallen der Reflexionsmaxima der Hauptstrahlen ergibt daher für eine bestimmte Stellung der Austrittspupille eine sehr günstige spektrale Verteilung der Reflexionsbereiche aller Strahlen, einschließlich derjenigen, die durch weit offene Blenden austreten.
Nebenbei sei bemerkt, daß die Keilsteilheit eines Interferenzüberzugs gemäß der Erfindung in entgegengesetzter Richtung verläuft wie diejenige metallischer durchscheinender Reflektoren, welche die Helligkeitsverteilung ausgleichen sollen.
Es ergibt sich nun, daß die oben beschriebene, auf den Ort der Austrittspupille bezogene Gestalt des Überzugs die folgenden Merkmale zeigt. Diese Folgerungen sind durch praktische Versuche bestätigt worden.
Es kann ein selektiv reflektierender Interferenzüberzug hergestellt werden, der im Zusammenwirken mit einem abgeblendeten Abbildungssystem eine Farbgleichmäßigkeit in jedem beliebigen Spektralbereich innerhalb des Bildfeldes ergibt, und zwar in dein obigen Beispiel im reflektierten grünen und in den durchgelassenen blauen und roten Bereichen. Die Form des Korrektionskeils für einen bestimmten Farbausgleich richtet sich nach dem Ort der Austrittspupille des Abbildungssystems, wie z. B. eines Linsensystems, mit dem zusammen der Überzug Verwendet «>erden soll. Eine keilförmige Interferenzschicht, die für sehr enge Blenden eine praktisch vollständige Wellenlängengleichmäßigkeit und damit Farbgleichmäßigkeit über ein Bildfeld bewirkt, ergibt für weite! Blenden eine gleichmäßige Gesamtwirkung über das Bildfeld, obwohl die Sättigung dabei etwas schwächer ist und mit enger werdender Blende allmählich zunimmt.
Diese Eigenschaften können auch in den psychophysiologischen Ausdrücken des Farbtons, der Helligkeit und Sättigung wie folgt angegeben werden.
Der Farbton der durchgelassenen und reflektiertei Strahlenbündel kann sowohl für enge als weite Blendenöffnungen gleichmäßig oder mit regelmäßiger Änderung über das ganze Bildfeld hin verteilt werden. Das heißt mit anderen Worten, daß die Farbverteilung innerhalb des Bildfeldes unabhängig von der Blende ist. In diesem Zusammenhang muß berücksichtigt werden, daß z. B. in der Farbphotographie und beim Farbfernsehen eine Unregelmäßigkeit der Farbverteilung in einer Bildebene der größte Nachteil eines lichtaufspaltenden oder -vereinigenden Systems ist.
Die Helligkeitsverteilung kann nicht durch die Gestalt des Überzugs geregelt werden, da sie von der Dicke der optischen Interferenzschichten unabhängig ist. Sie wird jedoch durch den erfindungsgemäßen Farbausgleich nicht verschlechtert. Sie ist unabhängig von der Blende, und ihre Ungleichmäßigkeit ist verhältnismäßig gering. Die verbleibenden Helligkeitsunterschiede sind in den meisten Fällen geringer als die bis jetzt bei metallischen Reflektoren zulässigen. Außerdem ist eine Helligkeitsänderung über das Bildfeld nicht sehr ungünstig, da das Auge gegenüber Helligkeitsunterschieden viel weniger empfindlich ist als gegenüber Farbunterschieden.
Die Sättigung ist für enge Blenden sehr gut und für weite etwas schlechter, wobei die Sättigung eine stetige Funktion der Blendenöffnung ist. Diese Wirkung ist jedoch von untergeordneter Bedeutung, und es sei in diesem Zusammenhang bemerkt, daß die Trennung der Wellenlängenbereiche für die verschiedenen Bildpunkte in Fig. 4 und 6 etwas übertrieben ist. Außerdem kann diese schwächere Sättigung durch Auswahl des Films und durch geeignete Ausfilterung geregelt werden.
Nachstehend sei das bisher Gesagte kurz zusammengefa.ß t Erfindungsgemäß werden die Hauptstrahlen für eine bestimmte Austrittspupille als Grundlage zur Bestimmung einer besonderen Keilform für einen Interferenzüberzug in einer Strahlenteiler- oder Vereinigungsanordnung verwendet. Diese Form sorgt für eine günstige Farbverteilung innerhalb des Bildfeldes, und zwar sowohl für nach dem Rand zu konvergierende als auch für Hauptstrahlen, ohne schädliche Wirkung auf Sättigung und Helligkeit.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Strahlenteileranordnung besteht in ihrer Kombination mit bilderzeugenden Systemen verschiedener Brennweiten. Nachstehend wird diese Verwendungsmöglichkeit und ein praktisches Ausführungsbeispiel derselben unter Bezug auf Fig. 7 beschrieben.
Bei vielen praktischen Anwendungen muß ein Strahlenteiler zufriedenstellend mit bilderzeugenden Systemen mit Brennweiten arbeiten, die in einem Verhältnis von etwa 4 : 1 sich ändern. Da gemäß der Erfindung der Betrag der Keilkorrektur des Interferenzüberzugs auf Grund der Lage der Austrittspupille des bilderzeugenden Systems bestimmt wird, wird dieser weite Arbeitsbereich möglich, indem man aus der Tatsache Nutzen zieht, daß die Ebene der Austrittspupille und die Hauptebene eines solchen Systems nicht unbedingt zusammenfallen und daß die Brennweite ohne eine Änderung der Stellung der Austrittspupille geändert werden kann. Man kann daher die erfindungsgemäßen korrigierten Interferenzüberzüge mit einer Reihe von Linsen verschiedener Brennweite verwenden, wenn bei der Herstellung der Linsen dafür Sorge getragen wird, daß die Austrittspupille aller Objektivlinsen einer solchen Reihe sich in bezug auf den Überzug in annähernd derselben Stellung befindet.
Fig. 7 zeigt einen Querschnitt durch den optischen Teil einer Farbfilmkamera der in der USA.-Patentschrift 2 072 091 beschriebenen Art. In solchen Kameras ist ein Linsentubus L für ein Linsensvstem O in der Objektivplatte 24 an der Vorderwand 21 des Kameragehäuses 6 mittels Klemmschrauben 26 angebracht, die einen Flansch 27 des Linsentubus festklemmen, wobei sie ihn dicht gegen die genau bearbeitete Oberfläche 28 der Objektivplatte 24 andrücken. Ein lichtaufspaltendes Prisma P 1, P2 ist auf einem mittleren Trägerblock 51 angeordnet, der starr mit dem Kameragehäuse 6 verbunden ist. Der Block 51 besitzt Fensterplatten 61 und 62 und Stützplatten 63, 64, welche Mittel zur Weiterbewegung des Films und zur Führung und Registerhaltung der Filme Fb, Fg und Fr tragen, wobei die- Filme Fb und Fr einen sogenannten Bipack bilden. Diese Ausführungsform ist im einzelnen in bezug auf Fig.4, 9 und 19 der obigen Patentschrift beschrieben.
Das Linsensystem 0 kann innerhalb einer Reihe mehrere Formen annehmen, wobei in Fig. 7 drei Formen schematisch dargestellt sind. Bei 01 ist ein übliches Linsensystem mit mittlerer Brennweite gezeigt, wogegen 0 2 ein Teleobjektiv mit längerer Brennweite und 0 3 ein solches mit kurzer Brennweite, und zwar ein sogenanntes umgekehrtes Teleobjektiv ist.
In jeder der schematischen Darstellungen dieser Linsensysteme bezeichnet P' die Hauptebene, F die Bildebene, Sp eine Blende., E'p die Austrittspupille, f die Brennweite, P'a einen paraxialen Strahl und Pca einen Hauptstrahl.
Es sei bemerkt, daß die Bildebenen F mit den Aufnahm-eflächen der Filme- Fb, Fg, Fr zusammenfallen und daß die optischen Teile aller drei Systeme in Tub,enL1, L2 und L3 etwa der gleichen Form wie der Tubus L untergebracht sind. Die Austrittspupillen E' p werden ungefähr in demselben Abstand von F gehalten, indem man die Linsenelemente in geeigneter Weise bezüglich der Flansche 27.1, 27.2 und 27.3 anordnet. Wenn man die Flansche so anordnet, können die Austrittspupillen dieser oder anderer Linsensysteme in einem praktisch gleichen Abstand von den Bildebenen gehalten werden, was mit dem vorstehend beschriebenen Grundsatz, die Keilsteilheit des optischen Interferenzüberzugs Cw auf die Austrittspupille abzustimmen, im Einklang steht. Dadurch wird die Austauschbarkeit verschiedener Linsensysteme ermöglicht.
Da die Stellung der Austrittspupille die Grundlage für die Keilkorrektur des Überzugs ist, wird ein Austausch voll Prismen mit unterschiedlichen Keilsteilheiten zur Verwendung in verschiedenen Abbildungssystemen unnötig, was im Hinblick auf die mit einer genauen Justierung solcher Systeme verbundenen Schwierigkeiten von besonderer Bedeutung ist. Wenn für das richtige Arbeiten mit verschiedenen Linsensystemen eine Keiljustierung in bezug auf die Brennweiten einer Reihe von Linsen vorgenommen werden müßte, wären verschiedene Prismen notwendig.
Der Abstand zwischen Austrittspupille und Bildebene ist nicht besonders kritisch. Es hat sich bei praktischen Prüfungen erwiesen, daß, wenn man diesen Abstand im wesentlichen konstant hält, ein Prisma finit einem optischen, wie vorstehend beschrieben, keilförmigen Interferenzüberzug überhaupt keine störenden Fa:rherscheinungen über das Bildfeld aufweist, wenn es mit einem der oben beschriebenen Linsensysteme verwendet wird. Änderungen des Abstandes zwischen Austrittspupille und Bildebene in einem Verhältnis von 2:1 können ohne eine besonders ungünstige Farbänderung zugelassen werden. Daher genügt eine einzige Keilsteilheit für eine Reihe von Linsen, die mit Rücksicht auf andere Eigenschaften innerhalb eines weiten Bereiches verschiedener Ausführungsformen konstruiert sind.
Ein erfindungsgemäßes Prisma, das in dem oben beschriebenen Kamerasystem verwendet werden soll, wird jetzt als beispielsweise Ausführungsform unter Bezug auf Fig. 8 beschrieben. Diese Figur zeigt nur Teile des Prismas, die eine Erläuterung der charakteristischen Eigenschaften der Interferenzüberzüge ermöglichen. In Fig. 8 sind für gleiche Teile dieselben Bezugszeichen wie in den vorher besprochenen Figuren -verwendet.
Ein optischer Interferenzüberzug für Kamera, sy steme, wie sie in Fig. 7 gezeigt sind, besteht aus zwei Teilüberzügen, nämlich einem zur Reflexion "des blauen und einem zur Reflexion des roten Lichts, während beide grünes Licht durchlassen. Obwohl die Anr zahl der Schichten nicht sehr kritisch ist, wird doch eine ziemlich große Zahl verwendet, damit sich hph Reflexionsintensitäten und scharfe Grenzen der Spele tralbereiche ergeben. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wurden ein Blau reflek" tierender Überzug mit zwanzig Schichten und ein Rot reflektierender Überzug mit neunzehn Schichten verwendet. Das Schichtmaterial war hierbei Zinksund (n = 2,36) für die Schichten mit dem hohen Brechungsindex und Bleifluorid (n = 1,68) für die-, jenigen mit dem niedrigeren Brechungsindex. Das Glas hatte einen Brechungsindex rz = 1,5. Die Überzüge können mittels geeigneter Verdampfungsverfahren auf die entsprechenden Flächen der Prismen P 1 und P 2 aufgebracht werden, oder es können alle Schichten beider Überzüge direkt eine auf der anderen auf die Hypotenusenfläche : des einen Teilprismas, z. B. P l, aufgebracht werden, wonach die überzogene Fläche mit der nichtüberzogenen des anderen Prismas, z. B. P2, verkittet wird.
Wie nachstehend näher erläutert, wird die Gestalt des Überzugs, insbesondere die Keilsteilheit, empirisch bestimmt, und zwar indem man die zu überziehenden Flächen in dem Verdainpfungsapparat in bekannter Weise um geeignete Winkel neigt. Man erhielt zufriedenstellende Ergebnisse, wenn man in einer geeigneten Überzugsvorrichtung den Blau reflektierenden Überzug auf die Prismenfläche aufbrachte, wobei diese in einem Winkel von 12° zu der Ebene geneigt war, bei der man eine gleichmäßige überzugsdicke exzielt, während der Rot reflektierende Überzug bei einem Neigungswinkel von 8° aufgebracht wurde. Dieses Beispiel entspricht den in Fig. 7 und 8 gezeigten Ausführungsformen. Dort weicht, wie nachstehend näher erläutert werden soll, die Farbverteilung absichtlich von der theoretischen Forderung für eine visuelle Gleichmäßigkeit (Fig. 4 und 6) ab, um so eine photographische Gleichmäßigkeit zu erzielen, welche auf die ungleichförmige spektrale Durchlässigkeit bzw. Empfindlichkeit der Filter und der Emulsionen abgestimmt ist. Das erklärt die Tatsache, daß in diesem besonderen Beispiel den die längeren bzw, .die kürzeren Wellenlängen reflektierenden Überzügen die verhältnismäßig kleineren bzw. größeren Keilsteilheiten gegeben werden.
Natürlich gelten die #NIerkniale der Erfindung für strahlenteilende bzw. vereinigende Systeme verschie" dener Arten, und nachstehend werden beispielsweise drei weitere Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf Fig.9, 10, 11 und 12 kurz beschrieben. Fig. 9 zeigt einen Strahlenteiler mit drei Lichtöffnungen, der manchmal auch als X-Prisma bezeichnet wird und zur Verwendung in Kameras mit drei getrennten Filmen und Filmbewegungen ge- eignet ist.
Die Vorrichtung gemäß Fig.9 besitzt vier Teil,,-prismen P 5, P6, P 7 und P 8 und zwei optisch Interferenziiberzüge Cw3 und Cw4. Nimmt man an; daß der Film Sb das Blaubild, der Film Sg das Grünbild und Sr das Rotbild aufnimmt, so entspricht der Überzug Cw3 der bei Fig. 8 beschriebenen Überzuge art Cw 1 und der Überzug Czer4 der ebenfalls in Fig. 8 beschriebenen Art Cw2.
Die Lichtdurchlaß-Reflexionseigenschaften dieser zwei Überzüge sind in Fig. 9 durch Kurven wiedergegeben, die denjenigen der Fig. 1 einigermaßen ähnlich sind, obwohl zu bemerken ist, daß Fig. 1 die kombinierten Reflexions-Lichtdurchlaßeigenschaften für jede Strahlkomponente wiedergibt, wohingegen Fig. 9 diese Eigenschaften für jeden der Überzüge zeigt. Mit Rücksicht auf die allgemeine Beschreibung der Verwendung solcher Systeme in Kameras und auf die Beschreibung der Fig. 8 dürfte Fig. 9 in allen wesentlichen Punkten, ohne weiteres verständlich sein. Natürlich richten sich die Abmessungen der Überzüge Cw3 und C-ze,4 nach der Austrittspupille des Linsensystems 04, wie vorstehend gesagt ist.
Fig. 10 erläutert die Verwendung der korrigierten erfindungsgemäßen Überzüge in Fernseheinrichtungen der in RCA Review, Band VII, S. 459 u. f., beschriebenen Art. In Fig. 10 erzeugt eine Ka,thodens.trahlröhre21 einen Abtastlichtfleck22 auf ihrem Schirm 23. Diese bewegliche Lichtquelle belichtet in bekannter Weise einen Farbfilm 25, der auf geeignete Weise nach der Leuchtfleckabtastung jedes Bildes schrittweise weiterbewegt wird. Ein übliches Belichtungs-und Projektionslinsensvstem 05 und 06 bestimmt eine Austrittspupille E6. Das Lichtstrahlhündel P6 bildet den Lichtfleck, wie er von dem Film moduliert ist, nahe der Kathode der Photozelle 30g ab. Interferenzüberzüge Cw6 und Cw7 bilden zwei Strahlenteilerflächen. Der Überzug Cw 6 reflektiert das blaue Licht nach der Photozelle 30 b und läßt das grüne und rote Licht in Richtung auf den anderen Überzug Cw 7 durch, der seinerseits wieder das rote- Licht in Richtung auf die Photozelle 30 r reflektiert und das grüne Licht nach der Photozelle 30g durchläßt.
Die Überzüge Cw6 und Cw7 sind gemäß der Erfindung in Abhängigkeit von ihrem Abstand von der Austrittspupille E6 korrigiert. Wenn die Überzüge in feste optische Körper eingebettet werden und ziemlich weite Feldwinkel zur Anwendung kommen, werden die Überzüge zweckmäßig gemäß Fig.8 ausgeführt.
Eine weitere praktische Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend in Bezugnahme auf Fig. 11 beschrieben, welche eine schematische Darstellung eines Fernsehempfangssystems der in RCA Review, Band 10, S. 504 u. f., beschriebenen Art zeigt. In Fig. 11 sind drei Fernsehempfangsröhren 41, 42 und 43 mit bilderzeugenden Systemen des bekannten »Schmidttyps« kombiniert. Jede dieser Röhren besitzt sphärische Spiegel 45 und eine Korrektionsplatt.e 46. Zwei gekreuzte Interferenzüberzüge Cw8 und Cw9 vereinigen die Blau-. Grün- und Rotbilder, die von den Schirmen der Röhren 41, 42 und 43 ausgesendet werden. Der Überzug Cw8 reflektiert den blauen und läßt den roten und grünen Bereich durch, wohingegen Cw9 den roten Bereich reflektiert und den blauen und grünen durchläßt. Auf diese Weise werden die drei Bilder auf dem Schirm 51 genau vereinigt. Obwohl die Selektivität der Interferenzüberzüge durch besonders ausgewählte Leuchtmittel in der Röhre und Farbfilter unterstützt oder sogar im wesentlichen ersetzt werden kann, haben die Interferenzschichten doch die energiesparende Funktion, praktisch alles Licht eines bestimmten Spektralbereichs weiterzuleiten. Hierin unterscheiden sie sich von metallischen Reflektoren, welche unvermeidlich mehr als 75°/o des einfallenden Lichts vernichten, da sie praktisch ohne spektrale Unterscheidungen Licht reflektieren und durchlassen. Bei Systemen der vorstehend beschriebenen Art ist eine gleichmäßige Farbverteilung über den Bildschirm besonders wichtig. Diese Farbverteilung wird mit den erfindungsgemäß korrigierten Überzügen erzielt.
Eine praktische Methode zur Messung und daher zur Regelung der Keilsteilheit der erfindungsgemäßen Interferenzüberzüge wird nachstehend unter Bezug auf Fig. 12, 13 und 14 beschrieben.
Fig.12 zeigt in schematischer Darstellung einen aus einer bestimmten Anzahl von Interferenzschichten bestehenden Überzug gemäß Fig. 8, der entweder in einen Trägerkörper eingeschlossen sein oder auf eine ebene Platte aufgebracht werden kann.
Die Gberzüge werden ausgehend von den Werten bemessen, die durch die Interferenzgleichung erster Ordnung für ein Viertel der Wellenlänge des Reflexionsmaximums bestimmt sind. Diese Gleichung lautet nt cos 0 = 2/4, wobei t -die Schichtdicke, rv den Brechungsindex, O den Winkel des durchtretenden Strahls und 2 die Wellenlänge des Reflexionsmaximums bedeuten. Die Richtung und die ungefähre Größe der Keilsteilheit wird nach den in bezug auf Fig.4 bis 6 auseinandergesetzten Überlegungen bestimmt, und zwar j e nach dem besonderen Zweck, der eine optimale Gleichmäßigkeit der Farbverteilung oder eine andere vorherbestimmte Farbverteilung über das Bildfeld oder die Bildfelder der jeweiligen Vorrichtung erfordert. Diese Angaben werden mit früher erhaltenen Meßwerten bezüglich des Zusammenhangs zwischen der Neigung der in dem Verdampfungsapparat zu überziehenden Fläche und den Werten der Dickenzunahme zusammengehalten und hieraus die Neigung der zu überziehenden Fläche sowie die nötige Dicke einer Kontrollschicht in dem betreffenden Fall bestimmt.
Der Überzug wird dann mit untereinander und zur Systemachse parallelen Strahlen spektrophotometrisch geprüft, wobei diese Strahlen an zwei voneinander in bekanntem Abstand befindlichen verschiedenen Punkten einfallen, wie in Fig. 12 gezeigt. Nimmt man an, daß die fragliche Vorrichtung eine um 45° geneigte strahlenteilende bzw. vereinigende Fläche besitzen soll, so beträgt der Einfallwinkel ebenfalls 45°. Natürlich sind auch andere Winkel, z. B. von 30°, möglich.
Die Wellenlänge mit der minimalen Durchlässigkeit bzw. dem maximalen Reflexionsvermögen wird an den beiden, im Abstand h befindlichen Punkten 1 und 2 gemessen. Man erhält so zwei durch einen Betrag d getrennte Wellenlängen 2 1 und 2.2. Nimmt man an, daß die Keilwirkung zu gleichen Teilen durch alle Schichten des Überzugs hervorgerufen wird und daß der Wirkungsanteil der Schichten aus einem jeden Material im wesentlichen derselbe ist, was für praktische Zwecke zutrifft, so kann der Dickeunterschied D = t 1 - t 2 in den Ausdrücken der obigen Interferenzgleichung wie folgt ausgedrückt werden: D=t1-t2=d/4ncos0.
Fig. 13 zeigt die spektrophotometrischen Kurven und die obenerwähnten Werte 2, 1, ?.2 und d. Dieses Kurvenpaar wurde von einem Überzug der allgemeinen in bezug auf Fig. 8 beschriebenen Art erhalten.
Die Brechungsindices der für die einzelnen abwechselnd aufeinan.derfolgenden Schichten verwendeten Materialien sind bekannt, und es können daher die Strahlendurchgangswinkel in jeder Schicht aus dem Snellschen Gesetz berechnet werden. Diese Winkel 01, und 01 für die Schichten in hohem bzw. niedrigem Brechungsindex sind in Fig. 14 angegeben, wo Ö in dem den Überzug einschließenden Medium gleich 45° ist.
Man erhält ziemlich genaue Ergebnisse, wenn man einen konstanten Keilgradienten für alle Schichten eines Überzugs voraussetzt, und zwar ungeachtet des Unterschieds der Brechungsindices der aufeinanderfolgenden Schichten. Dieser konstante Keilgradient besitzt einen mittleren Wert zwischen den beiden Gradienten, die theoretisch für eine individuelle Kompensation der Schichten mit dem höchsten und dem niedrigsten Brechungsindex innerhalb des Überzugs benötigt werden. Da die Dicke jeder einzelnen Schicht dem Cosinus des Brechungswinkels eines Hauptstrahls innerhalb dieser Schicht umgekehrt proportional ist, kann gleicherweise mit ausreichend genauen praktischen Ergebnissen ein mittlerer Brechungswinkel für den gesamten Überzug, der die Dicke t2, t1 an den gegebenen Punkten besitzt, angenommen werden. Dessen Wert wird zwischen denjenigen für die Schichten mit hohem bzw. niedrigem Brechungsindex liegen.
Setzt man in die obige Formel die bekannten Werte für die Wellenlängenverschiebung d und die einzelnen Indices n und Winkel 0 oder die oben erörterten Mittleren Werte dafür ein, so kann der Dickenunterschied t1-t2 für den gegebenen Abstand k berechnet werden. Letzterer könnte etwa 25 mm, parallel zu der Oberfläche gemessen, betragen.
Auf diese Weise werden die eingangs angenommenen Werte überprüft, und man erhält auf Grund einer verhältnismäßig kleinen Reihe von Versuchsüberzügen Standard-,verte für jede besondere Forderung hinsichtlich der Farbverteilung über das Bildfeld.
Eine theoretisch genaue Kontrolle der einzelnen Schichtdicken hat sich als unpraktisch erwiesen, und zwar infolge der notwendigen Übereinanderlagerung einer verhältnismäßig großen Anzahl von Schichten innerhalb eines Überzugs und der Unsicherheit, daß jede einzelne Schicht tatsächlich theoretisch genau einer entsprechenden, als Norm verwendeten Schicht entspricht. Trotzdem dienen die hier beschriebenen und angegebenen optischen und verdampfungstechnischen Maßnahmen durchaus sehr gut zur Erzielung von Überzügen mit Abmessungen, welche durch ihre tatsächliche Wirkung die Richtigkeit der erfindungsgemäßen Angaben bestätigen.
In bezug auf die vorstehend erwähnte Voraussetzung einer gleichen Keilsteilheit bei allen Schichten ist zu beachten, daß eine geringe Abweichung von dieser Voraussetzung in den meisten Fällen nicht wesentlich ist oder zumindest nur eine zweitrangige Bedeutung hat. Die Keilsteilheit könnte sehr wohl mit der Schichtdicke schwanken, insbesondere weil die optischen Dicken für die verschiedenen dielektrischen Materialien manchmal absichtlich untereinander verschieden gemacht werden. Das hat jedoch wenig Einfluß auf die endgültigen Kurven. (Man vergleiche die obige Erörterung über die geforderten Mittelwerte.) Beispielsweise werden die folgenden Angaben für ein Farbfilmsystem gemäß Fig. 7 und 8 gemacht. Bei diesem praktischen Ausführungsbeispiel wurde der Dickenunterschied t1-t2 sowohl in den Rot als auch in den Blau reflektierenden Überzügen für Zinksulfidschichten zu etwa 4,5 #t und für Bleifluoridschichten zu 5,u gefunden, und zwar für Punkte, die sich 27 mm voneinander entfernt auf der Hypotenuse des Prismas befanden. In Prismen der allgemeinen Art gemäß Fig. 9, jedoch mit einem rotdurchlässigen, Blau reflektierenden und einem rotdurchlässigen, Grün reflektierenden Interferenzüberzug wurden befriedigende gekreuzte Reflektoren mit einem 'LTeigungswinlcel in der Verdampfungsapparatur von 13° sowohl für den Blauals auch für den Grünreflektor erzielt. Je nach dein Verwendungszweck haben sich Neigungswinkel von etwa 3° bis zu etwa 30° als zweckmäßig erwiesen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Strahlenteileranordn.ung, bestehend aus einem'' optischen System und einem mit einem oder mehreren keilförmigen Interferenzüberzügen vor-"; sehenen lichtdurchlässigen Körper, dadurch gekennzeichnet, daß der Keilwinkel der Interferenzübörzüge so gewählt ist, daß für alle von der Austrittspupille herkommenden Hauptstrahlen sich annähernd das gleiche Reflexions- bzw. Durchla8-Maximum ergibt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dickenzunahme so gewählt ist, daß der durch den Interferenzüberzug reflek-' tierte Wellenlängenbereich an allen seinen Punkten im wesentlichen schmaler als das sichtbare Spektrum ist (Fig. 6).
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Grenze eines Reflexionsbereiches für alle Hauptstrahlen dieselbe ist (Fig.6).
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus einer Mehrzahl von Schichten (C7ß11, Cw2, Fig. 8) besteht und daß die Dickenzunahme jeder Schicht ungefähr umgekehrt proportional zum Cosinus des Brechungswinkels der Hauptstrahlen in dieser Schicht ist (Fig. 12 bis 14).
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der lichtdurchlässige Körper mehrere aus einer Mehrzahl von Schichten bestehende keilförmige Interferenzüberzüge trägt, deren Reflexions- und Durchlaßmaxima sich an verschiedenen Stellen. des ., Spektrums befinden (Fig. 8 bis 11).
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden. . Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus mehreren Schichten besteht, deren Dickenzunahme ungefähr übereinstimmt.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch g&-kennzeichnet, daß die Dickenzunahme der einzelnen Schichten. ohneRücksicht auf dieUnterschiede des Brechungsindex zwischen abwechselnden '.. Schichten: dieselbe isst, wobei ihr Wert zwischendun "" beiden IT eilsteilh eiten liegt, die für einen Einzelausgleich .der Schichten mit dien höchsten und dein niedrigsten Brechungsindex erforderlich wären.. B. Verwendung der Strahlenteilerano@rdnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche für optische Systeme mit verschiedenen Brennweiten, aber mit im wesentlichen demselben Abstand zwischen Austrittspupille und Bildebene, derart, daß die Austrittspupille jedes der verwendeten optischen Systeme in demselben Abstand von der Interferemzschicht angeordnet wird (Fig.7). In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 982 304.