DE501054C - Optische Einrichtung zur Vereinigung des Spektrums einer Lichtquelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Einrichtung für Bildwerfer für Bühnenzwecke, um in einem einzigen Brennpunkt das Spektrum einer starken Lichtquelle zu vereinigen. Es gibt bereits Prismen, die geeignet sind, ein ausgedehntes Spektrum zu erzeugen; bekannt sind ferner Einrichtungen, hei denen Priemen, Spiegel und Linsen vorhanden sind, mittels welcher Färb strahlen auf einem mehr

ίο oder weniger kleinen Flächenstück vereinigt werden.

Wenn diese bekannten optischen Systeme auch einerseits die Aufgabe der Erzeugung von Farbstrahlen und ihre Vereinigung innerhalb der gleichen Zone lösen, so sind sie andererseits derart kostspielig, von geringem Wirkungsgrad und in technischer Hinsicht unvollkommen, daß ihre praktische Verwertung eine sehr beschränkte ist.

ao Man kennt bisher zur Erzeugung eines ausgedehnten Spektrums, abgesehen, von, optischen Netzen, nur das einzelne Serienprisma. Ein solches Prisma muß jedoch, um sich der Lichtstärke von Bildwerfern anzupassen, für den Eintritt des Lichtes großen Umfang und Stärke besitzen, durch das infolge der Strahlenabsorbierung nur wenig Licht durchlaufen könnte.

Einfache, nebeneinandergestellte Prismen zur Erzielung eines reinen Spektrums sind ebenfalls nicht ausreichend, um ein ausgedehntes, verwendbares Spektrum zu erlangen,.

Gemäß der Erfindung wird ein aus nebeneinandergestellten Serienprismen zusammengesetzter Prismensatz geschaffen, der gestattet, große nützliche Flächen bei verhältnismäßig kleiner Materialstärke und somit ausgedehnte Spektren, die eine große Licht wirkung aufweisen, zu erhalten.

Diese Prismensätze müssen zweckmäßig hintereinander arbeiten, derart, daß ein Prismensatz das Licht in das Spektrum zerlegt und ein anderer das Licht wieder vereinigt. Damit zu diesem Zwecke eine vollkommene optische Wirkung erzielt wird, d. h. die größte Lichtwirkung, größte Farbentrennung und größte Farbenverieinigung, ist es erforderlich, daß die Spektrumslinie eine virtuelle Symmetrieachse des optischen Systems ist.

Der einzelne Prismensatz für sich allein der nebeneinandergestellten Serienprismen muß, vom optischen Standpunkt betrachtet, als ein Fehler angesehen werden. Es ergibt eine große chromatische Aberration. Nur durch die Vereinigung von zwei gleichen Prismensätzen zu einem optischen System gelingt es, die chromatischen Aberrationen zu unterdrükken und eine Vereinigung der Lichtstrahlen in einem 'einzigen Brennpunkt zu erlangen, wenn überdies die Bedingung der Symmetrie des optischen Systems erfüllt ist.

Die beste Wirkung des Prismensatzes in bezug. auf die Ausdehnung des Spektrums und in bezug auf die Reinheit wird dadurch

erzielt, daß bei der Herstellung des Prismensatzes Materialien von sehr verschiedenem Brechungsindex verwendet werden.

Im Prismensatz das Erfmdungsgegenstandes sind die äußeren Elemente der Serienprismen von sehr großer optischer Streuung, d. h. diese stellen zwei aktive Prismenelemente dar, während bei der Bildung der bekannten einzelnen Serianprismeni die größte Dispersion

ίο in der Mitte des Prismas liegt, wobei bei einem so geschaffenen bekannten Serienprisma bloß ein aktives Prismenelement auftritt anstatt zwei.

In der Zeichnung ist

Abb. ι ein vertikaler Querschnitt, Abb. 2 eine Vorderansicht und Abb. 3 ein horizontaler Querschnitt durch einen Prismensatz, nach der Erfindung dargestellt.

Abb. 4 zeigt eine optische Einrichtung, bei der zwei nach Abb. 1, 2 und 3 gebaute Prismensätze unter Bildung eines optischen Systems mit virtueller Symmetrieachse vereinigt sind.

In diesen Abbildungen ist 6 ein rechteckiges metallisches Gehäuse mit zwei gegenüberliegenden Öffnungen 16 und 17, die durch die Glasplatten 7 und 8 geschlossen werden.

9 ist der Deckel des Gehäuses. Das Gehäuse ist mit Flüssigkeit gefüllt, die eine große Zerstreuungsfähigkeit besitzt. In die Flüssigkeit tauchen die Prismen 1, 2, 3, 4, 5 von Kronglas, welche sehr geringe Zerstreuungsfähigkeit besitzen. Die in einer Reihe nebeineinander angeordneten Kronglasprismen haben alle gleichen Querschnitt und gleiche Orientierung und sind von verhältnismäßig großer Länge gegenüber dem Querschnitt. 10-10' bezeichnen die parallelen weißen Lichtstrah-

4.0 len, 12, 13, 14, 15 die Strahlen, nachdem sie durch die Prismen die Zerlegung erlitten haben; 12 bezeichnet die Richtung der roten Strahlen und 15 die Richtung der violetten Strahlen, während die dazwischenliegenden Strahlen nicht bezeichnet sind, it bezeichnet einen Lichtstrahl und seine Richtung, wie sie einem Strahl von weißem Licht zukommt, welcher zwischen den Prismen durchdringt, ohne diesen zu begegnen, wobei dieser Strahl die ursprüngliche Richtung

10 beibehält und dabei das Strahlenbündel des Farbenspektrums, das durch die Gesamtheit der Prismen erzeugt wird, nicht stört.

18 ist ein Metallrahmen, welcher dazu dient, die Kronprismen in ihrer Lage festzuhalten.

19 sind Auflager, um die geschliffenen Glasplatten 7 und 8 in ihrer Lage zu halten, in der sie die Öffnungen 16 und 17 dicht abschließen. 20 und 21 mit punktiertem Grunde stellen im Querschnitt zwei Flüssigkeitsteile dar, die zusammen mit dem Prisma 3 ein Serienprisma bilden, wie sie als Prismenelemente den Prismensatz bilden.

Die Einrichtung hat folgende Wirkung. Die weißen Lichtstrahlen 10-10' (Abb. 3) treffen die Eintrittsöffnung des Prismensatzes unter einem geneigtem Winkel, durchlaufen den Flüssigkeitsstrahl 20 unter Erleidung einer starken Farbenzerstreuung und teilen sich dann im Kronprisma in die verschiedenen Sp ek tralf ar ben.

Da die Kronprismen zu den entsprechenden vor ihr liegenden Flüssigkeitsprismen verkehrt angeordnet sind, so haben sie das Bestreben, die durch die Flüssigkeitsprismen erzielte Farbenzerstreuung zu vermindern; da jedoch ihre Zerstreuungsfähigkeit sehr klein ist, so lassen sie das Strahlenbündel, das zu ihnen gelangt, fast unverändert durch und übergeben es dem dahinterliegenderu Flüssigkeitsprisma 21 usf., das die Zerstreuung wieder erhöht. Die Strahlen 13 und 14 verlassen so die Flüssigkeit und die Öffnung 17 des Prismensatzes mit einer mittleren Strahlenrichtung, die zum Prisma ungefähr normal gerichtet ist.

Das Kronprisma 3 mit dem vor ihm liegenden Flüssigkeitsprisma 20 und dem da-, hinterliegenden Flüssigkeitsprisma 21 bilden ein aus einer Serie von drei Prismen bestehendes Prismenelement. In analoger Weisa reihen sich neben dem Prisma 3 die Kronprismen 1, 2, 4 und S an, die ebenfalls in Verbindung mit je zwei Flüssigkeitsprismen ein aus drei Prismen bestehendes Serienprisma bilden, wobei der Prismensatz nach der vorliegenden Ausführungsform, füinf Seriiem» prismen aufweist, in Parallelschaltung jedes aus einer Serie von drei Prismen bestehend. In dieser Ausführungsform bezeichnet 5 die Ziffer der Parallelhieit und 3 die Ziffer der Serie; Die Zusammensetzung kann auch eine andere und durch andere Nummern der Parallelheit und der Serie gekennzeichnet sein.

Es ist nicht erforderlich, daß die weißen Strahlen beim Eintritt in das Prisma die in der Zeichnung angegebene geneigte Richtung und das Austrittsbündel eine zur Austrittsöffnung normale Richtung annehmen; andere Richtungen sind ebenfalls möglich. no

Infolge des großen Unterschiedes zwischen dem Brechungsindex der verwendeten Flüssigkeit und demjenigen der Kronprismen treten die unter einem schiefen Winkel in den Prismensatz tretenden weißen Strahlen in zur Austrittsöffnung normaler Richtung aus. Wäre der Brechungsindex für beide Materialien der gleiche, so würde der Eintrittswinkel gleich dem Austrittswinkel sein.

Die verwendete Flüssigkeit kann eine reine iao Flüssigkeit sein, ein Gemenge oder auch eine Lösung sein; diese kann ebenfalls als Kühl-

mittel für die Kristallmaterialien dienen. Wesentlich ist, daß alle Kronprismen, gleich sind untereinander. Ajix Stelle des aus Flüssigkeit bestehenden Teiles der Prismenelemente können auch Glasprismenteile treten. Der Prismensatz gestattet, das Licht in seine Elementarfarben zu zerlegen oder auch die erwähnten Elementarfarbe», alle oder einzelne, die beispielsweise durch einen anderen

ίο Prismensatz zerlegt worden sind, in ein einziges Strahlenbündel mit einer einzigen Richtung zusammenzufassen.

Durch geeignete Wahl der Materialien kann der Prismensatz auch für ultraviolette und ultrarote Strahlen Verwendung finden sowie auch für besondere Teile des sichtbaren oder des unsichtbaren Spektrums.

Allgemein gesagt, kommt der Flüssigkeit gegenüber dem Kronmaterial ein wesentlich verschiedener Brechungsindex zu.

Die prismatische Einrichtung, die, wie in Abb. 4 dargestellt, ist geeignet, gleichzeitig alle Strahlen des; Spektrums! in einem,¹ 'einzigen Brennpunkt zu vereinigen. Sie besteht aus zwei gleichen Prismensätzen 22, 23, die gleiche, parallel geschaltete Serienprismen aufweisen. Der erste Prismensatz zerlegt das von der Lampe mit parabolischem Spiegel 24 ausgesandte Licht in das Spektrum; dasselbe durchläuft die zwischen dem ersten Prismensatz und einem Spiegelsystem angebrachte Linse, wobei die Spiegel in der Focalebente der Linse angebracht sind. Die Spiegel 26 reflektieren die verschieidlenein Farben, und diese durchlaufen eine Linse, die mit dem zweiten Prismensatz zusammenwirkt, und hierauf den Prismensatz. Dieser Prismensatz 23 setzt die Farben wieder zusammen und vereinigt mittels einer vorzugsweise achromatischen Linse 27 diese im Brennpunkt 28. In Abb. 4 sind die beiden Prismangruppein als nebeneinanderliegende dargestellt, während es vorteilhafter ist, diese übereinander anzuordnen, um Aberrationen zu vermeiden.

Um ein sehr klares Spektrum ohne Aberrationen zu erzielen durch ein, einfaches Prisma, ist erforderlich, daß der Eintrittswinkel des Strahlenbündels gleich ist dem Austri'ttswinkel, d. h. das Prisma muß eine Symmetrieachse aufweisen. Unter diesen Bedingungen erlangt man selbst nach der Refraktion das Bild der Lichtquelle im Spektrum. Wäre der Verlauf der Strahlen nicht, wie erwähnt, symmetrisch zur Symmetrieachse des Prismas, so würde das Bild verzerrt, besonders unter Verwendung einer großen Zerstreuung. In der optischen Einrichtung nach der Erfindung weisen die Prismensätze 22, 23 keine Symmetrieebene auf und erzeugen beide infolge ihrer großen Zerstreuung eine ungeheure, große focale Aberration. In der Vereinigung von zwei Prismensätzeni nach Abb. 4 wird infolge der Gegenwirkung der beiden zusammenwirkenden: Sätze die Aberration praktisch unterdrückt, so daß das gleiche Focalbild der Lichtquelle für irgendeine Strahlung des Spektrums erzielt wird.

Es versteht sich, daß das optische System seine Wirkung ebenfalls ausübt, wenn die Reihe der Spiegel 26 durch eine Reihe von Prismen ersetzt wird, die für die besonderen Erfordernisse hergestellt worden sind. Es wird dann der Prismensatz 23 auf der entgegengesetzten Seite des Prismensatzes 22 in bezug auf die Focallinie 25 angeordnet.

Die optische Einrichtung nach der Erfindung läßt sich in Verbindung mit Lichtstrahlung als auch mit ultraroter oder ultravioletter Strahlung verwenden, wobei geeignete Materialien verwendet werden, sei es für die Krönprismen als auch für die Flüssigkeit, so daß diese für die zu verwendenden Strahlen durchlässig sind.

Eine der zahlreichen Verwendungen des beschriebenen optischen Systems ist die Verwendung in Verbindung mit Kinematographenapparaten zur Erlangung der Farbeinprojektion. Bekanntlich werden die Filmbilder durch das weiße Licht einer Bogenlampe projiziert. Um zu erreichen, daß dieses Licht, anstatt weiß zu sein, eine große Zahl von Farben aufweist, kann man, sich einer Beleuchtungseinrichtung bedienen, welche die Einrichtung, wie sie in Abb. 4 dargestellt ist, einschließt. In 24 wird eine kräftige Lichtquelle (Bogenlampe) angeordnet, und vor die Spiegel 26 bringt man schwarze Klappen an, die mittels eimer Klaviatur betätigt werden, so daß diese dem Licht den Durchtritt gewähren oder dasselbe absorbieren können, je nach iod der Stellung der Klappen.

Indem das Spektrum sich auf der Focallinie 25 befindet, kann jeder Spiegel nur eine bestimmte Farbe dieses Spektrums zurückwerfen, beispielsweise Rot, Gelb, Grün usw. Alle diese Farben werden im Brennpunkt 28 zusammengefaßt, in welchem der zu projizierende Film angebracht ist. Durch Betätigung der Klaviatur wird erzielt, daß die Filmbilder an Stelle des weißen Lichtes mit irgendeiner einfachen Farbe oder mit einer Gruppe von Farben projiziert werden, so daß auf der Projektionsleinwand die verschiedensten Farbenwirkungen erlangt werden können.

Das optische System nach der Erfindung kann weiter für chemische Verfahren verwendet werden, die auf Strahlungen basieren,, sei es, um kathalysierende Wirkungen wie auch Lichtkraftwirkungen hervorzurufen, sowie auch für Heilzwecke, um besondere Strahlungsgruppen auf den menschlichen Körper ein-

wirken zu lassen, die schädliche Krankheiten erzeugende Keime zerstören.

Claims (1)

1. Patentanspruch :

   Optische Einrichtung zur Vereinigung des Spektrums einer Lichtquelle bzw. einer Quelle von infraroten, oder ultravioletten Strahlen und zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades und unter Vermeidung von chromatischen und Bildaberrationen im Strahlengange eines Bildwerfers für Bühnenzwecke, gekennzeichnet durch zwei in einer Ebene angebrachte Prismensätze (22 und 23) aus gleichen und gleich orientierten, parallel geschalteten und parallel wirkenden Serienprismen, (z.B. 3, 20, 21) und durch eine Reihe von Spiegeln (26) : außerhalb der Prismensatzebene und ungefähr parallel zu ihr in der Brennpunkt- ao ebene von je einer einem jeden Prismensatz zugehörigen Linse, derart angeordnet, daß das in das Spektrum zerlegte, vom ersten Prismensatz (22) kommende Strahlenbündel durch die Spiegel zurückgewor- as fen wird und nach Durchlaufen, des zweiten Prismensatzes (23) und einer weiteren hinter ihm vorgesehenen Linse (27) sich in einem einzigen Brennpunkt vereinigt, wobei die Serienprismen (z. B. 3, 20, 21) durch Eintauchen von Prismen (3) von geringer optischer Streuung in eine Flüssigkeit gebildet sind, die außer einer starken Farbenstreuung auch einen vom Prisma (3) erheblich abweichenden Brechungsindex, aufweist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen