DE4447612C2 - Subtraktives Farbmischsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Farbmischsystem mit stufenlos einstellbarer Lichtfarbe durch Einbringung dichroitischer Farbfilter in den Strahlengang eines Beleuchtungsgerätes. Derartige Farbmischsysteme werden vorzugsweise in Beleuchtungs­ scheinwerfern mit Abbildungsoptik (Verfolgerscheinwerfer usw.) verwendet.

Es ist bekannt, daß diese Farbwechsler (z. B. DE 39 08 148 A1) als auch Farbwechsler ähnlicher Systeme (z. B. EP 0 242 422 A1 u. EP 0 415 164 A1) oder solcher für Farbmonitore alle auf dem Grundprinzip der Drei-Farben-Mischung basieren. Dieses Grund­ prinzip wird auch, wegen der verwendeten Farben Rot, Grün und Blau, RGB-Farbmischung genannt und ermöglicht die Erzeugung jedes Farbtons (Bunttons) jedoch nicht jeder Farbreinheit (Farb­ sättigung). Um sowohl stufenlos einstellbare Lichtfarbe als auch große Farbsättigung zu erreichen, wird in aufwendigen Beleuch­ tungsscheinwerfern zusätzlich zum RGB-System ein nicht stufenlos arbeitendes Farbrad mit besonders gesättigten Farben eingesetzt.

Die EP 0 140 994 A3 beschreibt eine Lichtquelle mit Farbwechsler, wobei der Farbwechsler mit vier dichroitischen Filtern ausgestat­ tet ist. Dieser Farbwechsler mit vier dichroitischen Filtern erlaubt jedoch keine substraktive Farbmischung (Farbmischung durch partielle bis vollständige Überlagerung geeigneter, quer zum Lichteinfall und parallel zueinander angeordneter Farb­ filter). Dieser bekannte Farbwechsler erzeugt farbiges Licht dadurch, daß die dichroitischen Filter mittig im Strahlengang eines Beleuchtungsgerätes in einer Linie mit dem Lichtweg gelagert sind und einzeln ansteuerbar quer zum Lichtweg ge­ schwenkt werden können, wobei Farbton und Sättigung der Farbe vom Einfallswinkel (Schwenkposition) des einfallenden Lichts auf die dichroitischen Filter abhängen. Es handelt sich also um Farb­ wechsel durch Schwenken von sich gegebenenfalls überlagernden dichroitischen Filtern. Ein derartiger Farbwechsler benötigt eine Integriereinrichtung zur Homogenisierung des Farblichtes und weist durch die Schwenkbewegung einen sehr großen Platzbedarf im Strahlengang des Beleuchtungsgerätes auf, weshalb ein Einsatz in gängigen Bühnenscheinwerfern mit abbildender Optik ausgeschlossen ist.

Aus der DE 77 16 997 U1 ist eine Farbleuchte mit einstellbarer Lichtfarbe und gleichmäßiger Abstrahlung des Farblichtes bekannt. Diese bekannte Farbleuchte ist mit drei Filtern ausgerüstet, die senkrecht zum Strahlengang bewegbar angeordnet sind, wobei die Filter einzeln in den Strahlengang einschiebbar sind. Zudem ist eine Blende vorgesehen. Transmissionsbereiche der Farbfilter sind nicht angegeben.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein subtraktives Farbmischsystem mit dichroitischen Farbfiltern zu schaffen, das zusätzlich zu den Möglichkeiten eines RGB-Farbmischsystems stufenlos auch Farbüber­ gänge im Bereich sehr viel gesättigter Farben ermöglicht.

Gelöst wird die Aufgabe im wesentlichen dadurch, daß das Farb­ mischsystem aus mehr als drei dichroitischen Farbfiltern aufgebaut ist, deren Transmissionsbereiche so gewählt sind, daß Farbfilterkombinationen höhere Farbsättigungen als beim RGB- System aufweisen und mit einem Zwischenschritt für einen stufen- und endlosen Farbübergang Farbfilter farbänderungslos in Filterüberlagerungen einfüg- oder entfernbar sind.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 und 3 angegeben. In Anspruch 2 ist ein prinzipieller Aufbau eines Vier-Filter-Mischsystems angegeben, welches sich durch bedeutend verbesserte Sättigung im Blau-Magenta-Rot-Bereich auszeichnet. Die positiven Eigenschaften eines Drei-Filter- Mischsystems bleiben dabei erhalten. In Anspruch 3 ist ein prinzipieller Aufbau eines Sechs-Filter-Mischsystems angegeben, welches nahezu den gesamten erzeugbaren Farbraum abdeckt. Im Vergleich zum Drei-Filter-Mischsystem treten geringfügige Helligkeitsverluste bei den Farbübergängen Cyan-Grün und Grün- Gelb auf, die jedoch aufgrund der anderen Vorzüge vernach­ lässigbar sind.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung der Transmissionsberei­ che der dichroitischen Filter eines Vier-Filter- Mischsystems;

Fig. 2 Diagramme von Überlagerungen zweier Filter aus Fig. 1;

Fig. 3 eine prinzipielle Darstellung der Transmissionsberei­ che der dichroitischen Filter eines Sechs-Filter- Mischsystems;

Fig. 4 Farbübergänge eines Sechs-Filter-Mischsystems nach Fig. 2; und

Fig. 5 einen prinzipiellen Vergleich der Farbmöglichkeiten von Drei-, Vier- und Sechs-Filter-Mischsystemen anhand der Normfarbtafel nach DIN 5033.

In Fig. 1 sind die prinzipiellen Transmissionsbereiche der dichroitischen Filter 1, 2, 3 und 4 dargestellt.

In Fig. 2 sind die Diagramme von Überlagerungen zweier Filter aus Fig. 1 und die von Einzelfiltern dargestellt, welche die ungemischten Farben größter Farbsättigung des Vier-Filter- Mischsystems bilden und gleichzeitig durch die im folgenden erläuterten Übergänge einen stufen- und endlosen Farbdurchgang durch alle Farbtöne (Bunttöne) ermöglichen:

Die Filterkombination Rot und Cyan 2 + 3 (Fig. 2a) ergibt ein Dunkelblau. Wird der Filter Violett 1 hinzugefügt, so tritt aufgrund der zu höheren Wellenlängen verschobenen Sperrkanten keine Farbänderung auf. Dieser Zwischenschritt ist jedoch notwendig, um durch Entfernen von Rot 2 einen Übergang zu Blau 1 + 3 (Fig. 2b) zu erhalten. Wird nun Violett 1 entfernt, findet ein Übergang zu Cyan 3 (Fig. 2c) statt. Durch Hinzufügen von Gelb 4 entsteht Grün 3 + 4 (Fig. 2d) und weiterhin durch Entfernen von Cyan 3 die Farbe Gelb 4 (Fig. 2e). Beim Hinzufügen von Rot 2 ergibt sich ein Übergang zu Rot 2 + 4 (Fig. 2f) und durch Hinzufügen von Violett 1 Dunkelrot. Dies entspricht der Filter­ kombination 1 + 4 (Fig. 2g). Wird jetzt Gelb 4 entfernt, so ergibt sich Magenta 1 + 2 (Fig. 2h) und wird nun Cyan 3 hin­ zugefügt, so entsteht wieder Dunkelblau. Dies entspricht der Filterkombination 2 + 3 (Fig. 2a) und es ist nur noch notwendig, Violett 1 zu entfernen (keine Farbänderung), um wieder am Ausgangspunkt anzukommen.

Ein dem Drei-Filter-Mischsystem vergleichbarer Farbübergang, welcher eine geringere Farbsättigung, dafür aber höhere Licht­ ausbeute hat, wird folgendermaßen erhalten: Die Filterkombination Violett und Cyan 1 + 3 (Fig. 2b) ergibt ein Blau. Wird Violett 1 entfernt, findet ein Übergang zu Cyan 3 (Fig. 2c) statt. Durch Hinzufügen von Gelb 4 entsteht Grün 3 + 4 (Fig. 2d) und weiterhin durch Entfernen von Cyan 3 die Farbe Gelb 4 (Fig. 2e). Beim Hinzufügen von Rot 2 ergibt sich ein Übergang zu Rot 2 + 4 (Fig. 2f). Wird jetzt Gelb 4 entfernt, so entsteht Rotviolett, durch Hinzufügen von Filter 1 ergibt sich Magenta 1 + 2 (Fig. 2h) und weiterhin durch Entfernen von Filter 2 die Farbe Blauviolett. Jetzt braucht nur Cyan 3 hinzugefügt zu werden, um wieder zur Anfangsfarbe Blau 1 + 3 (Fig. 2b) zu gelangen.

Übergänge zwischen diesen beiden Farbsättigungen und Weiß sind dadurch zu erreichen, daß die Filter nicht vollständig in den Strahlengang eines Beleuchtungsgerätes eingeführt werden.

Fig. 3 zeigt (entsprechend Fig. 1) die prinzipiellen Trans­ missionsbereiche der dichroitischen Farbfilter 5, 6, 7, 8, 9 und 10.

In Fig. 4 sind (entsprechend Fig. 2) Farbübergänge eines Sechs- Filter-Mischsystems dargestellt.

Ein Übergang mit sehr gesättigten Farben wird folgendermaßen erhalten: Die Filterkombination Magenta und Cyan 5 + 9 (Fig. 4a) ergibt ein Dunkelblau. Wird Pink 6 hinzugefügt, so tritt aufgrund des schmalen Sperrbereichs keine Farbänderung auf. Dieser Zwischenschritt ist jedoch notwendig, um durch Entfernen von Magenta 5 die Farbe Blau 6 + 9 (Fig. 4b) zu erhalten. Wird nun Pink 6 entfernt, so findet ein Übergang zu Cyan 9 (Fig. 4c) statt. Durch Hinzufügen von Hellgrün 8 entsteht Grünblau 8 + 9 (Fig. 4d) und weiterhin durch Hinzufügen von Grün 7 die Farbe Blaugrün. Dies entspricht der Filterkombination 7 + 9 (Fig. 4e), da der Filter 8 aufgrund des breiten Transmissionsbereichs farbänderungslos entfernt werden kann. Das Entfernen von Cyan 9 ergibt Grün 7 (Fig. 4f) und das Hinzufügen von Gelb 10 die Farbe Gelbgrün 7 + 10 (Fig. 4g). Nun ist Hellgrün 8 farbänderungslos hinzufügbar und es ergibt sich durch Entfernen von Grün 7 die Farbe Grüngelb 8 + 10 (Fig. 4h). Wird nun Hellgrün 8 entfernt, so entsteht Gelb 10 (Fig. 4i). Durch Hinzufügen von Pink 6 wird Orange 6 + 10 (Fig. 4j) erhalten. Das Hinzufügen von Magenta 5 ergibt Rot. Dies entspricht der Filterkombination 5 + 10 (Fig. 4k), da das Entfernen von Pink 6 aufgrund des schmalen Sperr­ bereichs keine Farbänderung bewirkt. Wird nun Gelb 10 entfernt, so ergibt sich Magenta 5 (Fig. 41) und durch Hinzufügen von 9 wird die Ausgangsfarbe 5 + 9 (Fig. 4a) erreicht.

Ein weniger gesättigter Farbübergang wird folgendermaßen erhalten: Die Filterkombination Pink und Cyan 6 + 9 (Fig. 4b) ergibt ein Blau. Wird der Filter Pink 6 entfernt, findet ein Übergang zu Cyan 9 (Fig. 4c) statt. Durch Hinzufügen von Hellgrün 8 entsteht Grünblau 8 + 9 (Fig. 4d) und durch Entfernen von Cyan 9 Hellgrün 8. Beim Hinzufügen von Gelb 10 ergibt sich ein Übergang zu Grüngelb 8 + 10 (Fig. 4h) und durch Entfernen von Hellgrün 8 die Farbe Gelb 10 (Fig. 4i) . Wird jetzt Pink 6 hinzugefügt, entsteht Orange 6 + 10 (Fig. 4j). Das Entfernen von Gelb 10 ergibt Pink 6 und das Hinzufügen von Cyan 9 ergibt die Ausgangskombination Blau 6 + 9 (Fig. 4b).

Es wird nochmals darauf hingewiesen, daß es sich bei den Diagrammen um prinzipielle Transmissionsbereiche handelt, da dichroitische Filter zwar sehr steilflankig, nicht jedoch mit rechteckigen Transmissions"kurven" gefertigt werden können.

In Fig. 5 sind anhand der Normfarbtafel nach DIN 5033 die Farb­ bereiche dargestellt, die von den verschiedenen Mischsystemen erzeugt werden können. Die gebogene Linie mit Verbindungsgerade ist der Spektralfarbenzug und umschließt den Raum aller Farben. Der Spektralfarbenzug wird aus den gesättigsten Farben gebildet. Das Zeichen "+" ist der Unbuntpunkt (Weiß). Innerhalb dieser Farbtafel sind die Farbmöglichkeiten des Sechs-Filter-Systems (fein gestrichelt), des Vier-Filter-Systems (grob gestrichelt) und des konventionel­ len Drei-Filter-Systems durch Umrandungslinien dargestellt.

Claims (3)

1. Subtraktives Farbmischsystem mit dichroitischen Farbfiltern für gesteuerte, stufenlose Lichtfarbeinstellung in einem Farbwechsler eines Beleuchtungsgeräts, in welchem die Farb­ filter senkrecht zum Strahlengang in den und aus dem Strah­ lengang gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) das Farbmischsystem aus mehr als drei dichroiti­ schen Farbfiltern besteht,
• b) die Transmissionsbereiche der Farbfilter derart gewählt sind, daß
  • b₁) Farbfilterkombinationen höhere Farbsättigun­ gen gegenüber dem RGB-System aufweisen und
  • b₂) Farbfilter mit einem Zwischenschritt für einen stufen- und endlosen Farbübergang farbänderungslos in Filterüberlagerungen einfügbar oder entfernbar sind.

2. Farbmischsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung der Sättigung im Blau-Magenta-Rot- Bereich vier dichroitische Farbfilter (1, 2, 3, 4) mit fol­ genden Farben und prinzipiellen Transmissionsbereichen vorhanden sind:
Violett ≈ 380 nm bis 490 nm und 650 nm bis 780 nm,
Rot ≈ 380 nm bis 450 nm und 570 nm bis 780 nm,
Cyan ≈ 380 nm bis 560 nm und
Gelb ≈ 500 nm bis 780 nm.

3. Farbmischsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abdeckung nahezu des gesamten erzeugbaren Farbrau­ mes innerhalb des Spektralfarbenzuges sechs dichroitische Farbfilter (1, 2, 3, 4, 5, b) mit folgenden Farben und prinzipiellen Transmissionsbereichen vorhanden sind:
Magenta ≈ 380 nm bis 450 nm und 650 nm bis 780 nm,
Pink ≈ 380 nm bis 490 nm und 580 nm bis 780 nm,
Grün ≈ 500 nm bis 540 nm,
Hellgrün ≈ 480 nm bis 590 nm,
Cyan ≈ 380 nm bis 520 nm und
Gelb ≈ 520 nm bis 780 nm.