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Vorrichtung zur Zerlegung eines Lichtstrahlenbündels in einen Regenbogen.
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Ein Regenbogen erinnert uns an unsere Kindheit mit der Hoffnung auf
die Zukunft und wird beim Theater in den verschiedensten Scenerien verwendet. Bisher
gab es nur die primitive Methode, einen Regenbogen in sieben verschiedenen Farben
von hand auf die Kulissen,- eine Wand oder dergl. aufzumalen, wenn die Scenerie
bei dramatischen Stücken im Theater oder bei Fernsehstücken einen Regenbogen erforderte.
Diese gemalten Regenbögen vermögen jedoch niemals dem Betrachter das gleiche Gefühl
wie bei einem natürlichen Regenbogen zu verrnitteln.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung zur
Zerlegung eines Lichtstrahlenbtlndels in einen Regenbogen zu schaffen, welche leicht
und preiswert herstellbar ist und für Innendekorationen, bei denen ein Regenbogen
erwünscht ist, ebenso verwendbar ist wie als erzieherisches Spielzeug und Lehrmaterial
für die Jugend, um deren Schönheitsgefühlt zu wecken und zu fördern.
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Eine derartige Vorrichtung ist erfindungsgemäß im wesentlichen gekennzeichnet
durch ein bogenförmiges Stangenprisma, welches in Längsrichtung eine ebene Fläche,
eine konvexe Fläche und eine konkave Fläche aufweist.
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Ein derartiges Stangenprisma kann dreieckigen oder trapezoiden Querschnitt
haben und die Begrenzungslinien der Querschnittsflächen können insgesamt geradlinig
oder für die gebogenen Prismenflächen gekrümmt verlaufen.
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Eine derartige Vorrichtung kann aus einem oder mehreren Stangenprismen
zusammengesetzt sein und ist dadurch für die verschiedensten Zwecke verwendbar,
z.B. in optischen Geräten, wie einem Spektroskop, für Dekorationszwecke in Innenräumen,
für Schaustellungen, als Reklamebeleuchtung und auch als Lehrmittel beim Schulunterricht.
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Eine genauere Erläuterung der Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden
Besctireibung einiger Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeiclmungen;
es zeigen: Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung in Vorderansi cht;
Figur
2 einen Schnitt durch Fig. 1 längs der Linie I-I; Figur 3 das Ausführungsbeispiel
aus Fig. 1 und 2 in perspektivis eher Darstellung; Figur 4 ein zweites Ausführungsbeispiel
in Vorderansicht; Figur 5 eine Rückansicht des Ausführungsbeispiels aus Fig. 4;
Figur 6 einen Schnitt durch Fig. 4 längs der Linie II-II; Figur 7 das Ausführungsbeispiel
aus Fig. 4 bis 6 in perspektivischer Darstellung; Figur 8 ein drittes Ausfllhrungsbeispiel
in Vorderansicht; Figur 9 einen Schnitt durch Fig. 8 längs der Linie III-III; Figur
10 das Ausführungsbeispiel aus Fig. 8 und 9 in perspektivischer Darstellung; Figur
11 einen Schnitt durch ein sich aus einer Abwandlung der Ausführungsbeispiele 1,
2 und 3 ergebenden Ausführungsbeispiel; Figur 12 eine Vorderansicht eines vierten
Ausührung-sbeispiels; Figur 13 einen Schnitt durch Fig. 12 längs der Linie IV-IV;
Figur
14 eine Vorderansicht eines fünften Ausf«hrungsbeispiels; Figur 15 einen Schnitt
durch Fig. 14 längs der Linie V-V; Figur 16 ein sechstes Ausführungsbeispiel im
Teilschnitt; Figur 17 - 20 schematische Darstellungen zur Erläuterung der Wirkungsweise
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; Figur 21 ein siebentes Ausführungsbeispiel
in Draufsicht; und figur 22 einen Schnitt durch Fig. 21 längs der Linie VI-VI.
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Das in den Figuren 1, 2 und 3 dargestellte erste AusrUhrungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht aus einem bogenförmigen Stangenprisma
mit drei Flächen A, B und C. Der Querschnitt dieses Stangenprismas ist, wie Figur
2 zeigt, dreieckig. Dabei ist, wie insbesondere Figur 3 zeigt, die Prismenfläche
A1 konves und die Prismenfläche C1 konkav gebogen, während die Fläche B1 in einer
Ebene verläuft.
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Das in den Figuren 4 bis 7 dargestellte zweite Ausführungs beispiel
entspricht im wesentlichen dem ersten Ausftlhrungsbeispiel, wobei Jedoch der Scheitelwinkel
zwischen den Flächen A2 und C2 Abgeschnitten ist, sodaß eine weitere Prismenfläche
D entsteht und sioh eine Trapezoidform für den Querschnitt ergibt,
Bei
dem in den Figuren 8 bis 10 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel ist der Scheitelwinkel
zwischen den Prisma= flächen A1 und B1 der ersten Ausführung, welche den Flächen
A3 und B3 entsprechen, derart abgeschnitten, daß eine neue Prismafläche E entsteht
und das Prisma ebenfalls Trapezoid£orm im Querschnitt besitzt.
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Bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen kann das bogenförmige
Stangenprisma aus blas, Kunststoff oder dergl. hergestellt werden und die Begrenzungslinien
der Querschnittsflächen verlaufen geradlinig. Andererseits können, wie in Figur
11 mit den Bezugszeichen A4 und C4 angedeutet ist, die Flächen A13 A2 und A3 auch
konvex und die Flächen C1, C2 und C3 konkav gebogen sein.
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Der Unterschied zwischen den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen
liegt im wesentlichen in der unterschiédlichen Schwierigkeit bei ihrer Herstellung,
doch läßt sich mit allen Ausführungsbeispielen nahezu der gleiche Effekt erzielen,
d.hJ ein Regenbogen erzeugen. Dabei ist insbesondere das Prisma gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel leichter und zu geringeren Kosten herzustellen als die Prismen
des zweiten und dritten Ausführungsbeispiels, deren Querschnitte Trapezoidform aufweisen.
Bei der Herstellung eines großen Prismas entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel,
welches im Freien eingesetzt werden soll, ergibt sich Jedoch der Nachteil, daß eine
Glasmasse, welche zur Herstellung eines derart großen Prismas dick genug ist, kaum
erhältlich oder zu kostspielig ist, selbst wenn sie zur Verfügung stehen sollte,
sodaß ein derartiges Prisma nicht auf einfache Weise von Hand bearbeitet werden
kann, da
außerdem die Wahrscheinlichkeit besteht, daß es bei der
Herstellung oder beim Aufbau in der Mitte durchbrieht.
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bei einem Prisma mit trapezoidförmigem Querschnitt ergeben sich andererseits
die Vorteile, daß einmal eine weniger dicke Glass= masse behötigt wird, die infolgedessen
aüoh leichter erhältlich ist, während außerdem ein derartiges Prisma ohne weiteres
im Gußpreßverfahren hergestellt werden kann und zum Polieren der entsprechend kleineren
Prismenflächen Poliermaschinen verwendet werden können, wodurch die Herstellungszet
für ein derartiges Prisma und damit seine Herstellungskosten weitgehend hetabgesetzt
werden können in funktioneller Hinsicht besteht praktisch kein großer Unterschied
zwischen einem Prisma mit dreieckigem Querschnitt und einem Prisma mit trapezoidförmigem
Querschnitt.
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Bei dem in den Figuren 12 und 13 sowie 14 Und 15 dargestellten vierten
und fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Prismen 4 bezw. 6 ringförmig
ausgebildet und bestehen aüä entsprechend miteinander verschmolzenen Prismen des
zweiten Ausführungsbeispiels mit trapezoidförmigen Querschnitt für das ringförmige
Prisma 4 bezw. aus miteinander verschweißten Prismen aus dem dritten Ausführungsbeispiel
mit trapezoidförmigem Querschnitt. In der gleichen Weise lassen sich naturgemäß
derartige ringförmige Prismen auch durch entsprechendes Zusammenschweißen von Prismen
des ersten Ausführungsbeispiels herstellen, Grundsätzlich gibt es zwei unterschiedliche
Verfahren zur Herstellung eines derartigen ringförmigen Stangenprismas, wobei bei
dem einen Verfahren eine gewisse Anzahl bogenförmiger
Stangenprismen
entsprechend dem ersten, zweiten oder dritten Ausführungsbeispiel aneinander gesetzt
werden, während beim zweiten Verfahren das Prisma von Anfang an in Ringform hergestellt
wird. Welches Verfahren für den jeweiligen Fall am besten anzuwenden ist, wird sich
stets aus den jeweiligen Betriebsbedingungen ergeben.
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Im allgemeinen wird sich das erstgenannte Verfahren vor allem dann
empfehlen, wenn ringförmige Stangenprismen mit großem Durchmesser aus Glas hergestellt
werden sollen, während das zweite Verfahren besonders zur Herstellung ringförmiger
Stangenprismen kleineren Durchmessers aus Kunststoff geeignet ist, da bei diesem
Verfahren der Werkstoff in eine-entsprechende Form eingespritzt werden kann.
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Die auf diese Weise hergestellten ringförmigen Stangenprismen können
ohne weiteres in einen Scheinwerfer oder dergl. eingebaut werden, um einen ringförmigen
Regenbogen-zu erzeugen.
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Bei dem in Figur 16 dargestellten sechsten Ausführungsbeispiel der
Erfindung sind ringförmige Stangenprismen geeignter Abmessung entsprechend den vorbeschriebenen
Ausführungsbeispielen 4 und 5 gemäß den Figuren 12-15 aufeinandergesetzt und eine
Lichtquelle 9 an einer geeigneten Stelle innerhalb dieses zusammengesetzten Prismas
angeordnet, welches sieben verschiedene Farben oder ringförmige Spektren durch die
zusammengesetzten Prismen 8 über den Himmel, über eine Wand oder dergl. ausstrahlt.
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Eine derartige Anordnung läßt sich auf die verschiedenste Weise verwenden,
wie beispielsweise zur Illuminierung für Weihnachtsbäume, als Lampenschirm für eine
Tischlampe und als Dekorationsmittel
bei Innenausstattungen uns
Ausstellungen. Die Illuminationswirkung eines derart zusammengesetzten Prismas läßt
sich noch dadurch verstärken, indem die einzelnen ringförmigen Stangenprismen aus
lichtdurchlässigem Kunststoff unterschiedlichter Farbgebung hergestellt und diese
sodann auf die verschiedenste Weise miteinander kombiniert werden.
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Diese Kombination ringförmiger Stangenprismen auf die verschiedenste
Weise kann als besonders geeignetes Lehrmittel für Schulkinder angesehen werden,
um ihre kreativen Fähigkeiten und ihr Schönheitsempfinden weiterzubilden.
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Ein siebentes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren
21 und 22 dargestellt, wobei das ringförmige Stangenprisma 13 eine zylindrische
Ausnehmung 14 und eine daran anschließende konische Ausnehmung 15 besitzt. Der Scheitelwinkel
16 zwischen den Flächen E und F (Fig. 22) kann zwischen 310 und 450 liegen. Dieses
Stangenprisma entspricht daher in seinem Querschnitt einem Stangenprisma, welches
durch Abschneiden eines Scheitelwinkels des sogenannten rechtwinkligen Stangenprismas
entstanden ist, wobei Jedoch vorzugsweise der rechte Winkel des Stangenprismas größer
als 900 gewählt wird. Zweckmäßigerweise wird die zylindrische Ausnehmung 14 des
Stangenprismas so groß ausgebildet, daß sich ein Vernäitnis ihres Radius zum Radius
des Gesamtprismas von 1t) ergibt. Bei einem größeren Radienverhältnis ist festzustellen,
daß sioh kein Regenbogen mit der gewtinsohten Leuchtkraft erzeugen läßt. Vorzugsweise
wird die zylindrische Höhlung 14, wie nachstehend zu erläutern sein wird, mit einem
lichtundurchlässigen Materlal angefüllt, sodaß unter den praktischen Betriebsbedingungen
eines
derartigen Prismas die Lichtstrahlen nicht durch diesen Raum hindurchgehen können.
Wenn daher das Prisma derart ausgebildet ist, daß ein Teil, welches den Durchgang
der Lichtstrahlen verhindert, später an ihm angeordnet werden kann, ist seine Funktion
die gleiche wie die Funktion der anderen erfindungsgemäßen Stangenprismen, wenn
diese durch Abschneiden des Scheitelwinkels einen konischen Querschnitt erhalten,
ohne daß sie eine Höhlung aufweisen.
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Die Punktion einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zerlegung eines
LichtstrahlenbUndels in einen Regenbogen soll nachstehend anhand der Figuren 17-20
im einzelnen erläutert werden. Bei Figur 17 fallen die von der Lichtquelle 10 ausgehenden
Lichtstrahlen 11 durch die Prismenfläche B in das Stangenprisma. in welchem diese
einfallenden Lichtstrahlen unterschiedlich jeweils entsprechend den Wellenlängen
gebrochen und durch die konvexe Innenseite der Prismenfläche C reflektiert und zerstreut
werden. Die Lichtstrahlen treten durch die Prismenfläche A aus und ergeben einen
parabelförmigen Regenbogen 12 Über die anzustrahlenden Gegenstände, wie den Himmel,
eine Wand, einen Gebirgzug, eine Nebelwand, Bäume und Gebäude. In diesem Falle bildet
die Prismenfläche 10 eine konvexe Außenfläche oder andere ausgedrückt, eine konkave
Innenfläche, sodaß die einfallenden Lichtstr@hlen entsprechend dem Bogenmaß der
konkaven Innenfläche diffundiert werden. Da, wie aus den Figuren 17 und 19 ersichtlich
Ist, das erfindungsgemäße Stangenprisma Bogenform besitzt, wird das einfallende
Licht in mehreren Richtungen gebrochen, sodaß die ausgestrahlten Spektren Im Unterschied
zu den herkömmlichen Prismen eine Parabel ergeben. Wenn bei den Stangenprismen gemäß
der zweiten und vierten Ausführung
das Licht aus der gleichen Richtung
wie bei dem ersten, dritten und fünften Ausführungsbeispiel einfällt, kann hier
infolge der Prismenfläche D kein parabelförmiger Regenbogen entstehen, Wenn Jedoch
die Lichtstrahlen bei einem Stangenprisma gemäß dem zweiten und dem vierten Ausführungsbeispiel
aus der in Figur 20 dargestellten Richtung einfallen, ergibt sich bei diesen Ausführungsbeispielen
ein ringförmiger Regenbogen, da die von der Lichtquelle 10 ausgestrahlten Lichtstrahlen
11 durch die Prismenfiäche B in das Prisma einfallen, in dieser Prismenfläche gebrochen
werden und durch die Prismenfläche A das Prisma verlassen. Infolgedessen kommt in
diesem Fall die Prismenfläche C nicht zur Wirkung.
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Wenn bei dem ringförmigen Stangenprisma gemäß dem siebenten Ausführungsbeispiel
(Fig. 21, 22) die Lichtstrahlen derart in das Prisma einfallen, daß sie durch die
Fläche D gebrochen werden, so werden sie durch die Fläche E vollkommen reflektiert
und treten durch die Prismenfläche P derart aus, daß sie sich in einem Punkt treffen,
um einen ringtaritsen Regenbogen auf einer Wandung oder dergl. vor dein Prisma zu
erzeugen. Diese Bündelung der Auatrittsstrahlen ergibt nich aus der zylindrilohnen
Form des Prismas mit seinen konkaven Flächen E und P.
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Bei den Prismen der anderen Ausführungsbeispiele gemäß den Figuren
12 - 16 konnten die Lichtstrahlen ohne Mitwirkung der Umfangskanten nicht vollständig
reflektiert werden. In diesen Fällen ließ sich die vollständige Reflektion der Lichtstrahlen
nicht erzielen, ohne daß die aus dem Prisma austretenden Lichtstrahlen sofort zerstreut
wurden, wodurch es schwierig wurde, den ringförmigen Regenbogen einzustellen. Im
Gegensatz dazu sind bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Prismen in der
Art
ausgebildet, daß sie die austretenden Lichtstrahlen in einem Punkt bündeln, wodurch-die
Erzeugung eines parallelen Strahlenbündels durch Vorschaltung einer Linse vor dem
Prisma äußerst leicht erzielbar ist, sodaß ein gewünschter Regenbogen auf einen
Schirm oder dergl. in mehr oder weniger großer Entfernung vom Prisma prolizLert
werden kann, während außerdem Reklamebuchstaben oder dergl. vorgesehen werden können,
um in einem ring£Urmigen Regenbogen groß sichtbar zu werden. Durch die Erfindung
wird es daher infolge der vollständigen Reflektricn der Lichtstrahlen möglich, einen
äußerst hellen ringförmigen Regenbogen zu erzeugen und durch Anordnung eines Filters
geeigneter Form vor dem Prisma einen gewünschten Regenbogen zu erzeugen und außerdem
irgendwelche Bildzeichen, Buchstaben oder dergl. in sieben Farben zu proJizieren.
Selbstverständlich lassen sich mit den erfindungsgemäßen Prismen auch Regenbögen
untersohiedlicher Formen durch Veränderung der Stellung der Lichtquelle erzeugen.
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Daß der Regenbogen 12 Parabelform besitzt, ergibt sich daraus, daß
die Prismenflächen A und C bogenförmig verlaufen, um ein bogenförmiges Stangenprisma
zu bilden. Diese Parabelform läßt sich auf -verschiedenste Weise verändern, indem
das Bogenmaß des Stangenprismas verändert wird. Wenn beispielsweise das Stangenprisma
U-förmig ausgebildet wird, entsteht ein U-bogenförmiger Regenbogen. Mit einem ringförmigen
Stangenprisma läßt sich andererseits ein ringförmiger Regenbogen erzeugen. Einander
überlappende ringSvörmige Regenbogen lassen sich außerdem dadurch erzeugen, daß
eine entsprechende Anzahl ringförmiger Stangenprismen übereinandergesetzt werden,
wie dies beispielsweise im Zusammenhang mit der Figur 16 erläutert wurde. Außerdem
ist es
möglich, im bogenförmigen Regenbogen Buchstaben oder Buchstabenfolgen
erscheinen zu lassen, wenn in die Prismenfläche diese Buchstaben oder Buchstabenfolgen
eingraviert oder auf ihr aufgeklebt werden, sodaß sich eine derartige Anordnung
für Reklamezwecke oder dergl. sehr gut eignet.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem bogenförmigen Stangenprisma
kann daher für die verschiedensten Zwecke eingesetzt werden, wobei sich bei einem
trapezoidförmigen Querschnitt des Stangenprismas mannigfaltige Vorteile ergeben,
insofern als die Herstellungskosten von besonders großen Stangenprismen stark reduziert
werden können und die Herstellungszeit weitgehend verkürzt werden kann.