DEP0027366DA

DEP0027366DA - Arrangement for splitting light beams

Info

Publication number: DEP0027366DA
Authority: DE
Inventors: Hubert Dr. München Schröder
Original assignee: Optische Werke CA Steinheil Soehne GmbH
Current assignee: Optische Werke CA Steinheil Soehne GmbH
Publication date: 1951-03-29

Description

Durch die Einführung der Interferenzfilter für Lichtteilungszwecke sind die Möglichkeiten zu einer verlustarmen Lichtteilung insbesondere für farbenphotographische Zwecke erheblich verbessert worden. Die Anordnungen für solche Filter sind bisher analog zu den früher für gewöhnliche Lichtteilungsspiegel üblichen Anordnungen gewählt worden, indem man die Filter entweder auf unter 45° in den Strahlengang gestellten Platten oder, zwischen Prismen unter diesem Winkel liegend, verwendet. Im ersteren Fall hat man jedoch u.a. den Nachteil, daß infolge der verschiedenen Weglängen die Bilder nicht in einer Ebene liegen und von den an den Plattenrückseiten gespiegelten Bildern überlagert werden, im zweiten Fall ist die Wirkung der Interferenzschichten wegen der beginnenden Totalreflexion und der im genannten Winkelbereich sich stark bemerkbar machenden Polarisation beeinträchtigt und führt zu Verlusten.With the introduction of the interference filters for light splitting purposes, the possibilities for low-loss light splitting, in particular for color photographic purposes, have been considerably improved. The arrangements for such filters have so far been chosen analogously to the arrangements previously customary for conventional light splitting mirrors, in that the filters are used either on plates placed in the beam path at 45 ° or lying between prisms at this angle. In the first case one has the disadvantage that due to the different path lengths the images are not in one plane and are superimposed by the images mirrored on the back of the plate, in the second case the effect of the interference layers is due to the incipient total reflection and the angle range mentioned strongly noticeable polarization is impaired and leads to losses.

Bei Anordnung eines Teilungskörpers gemäß der Erfindung sind diese Nachteile vermieden; außerdem lassen sich bei verschiedenen Ausführungsformen darüber hinaus eine Reihe besonderer Vorzüge erzielen. So kann man die lichtteilenden Interferenzschichten unter kleinen Einfallswinkeln treffen lassen, wodurch einerseits neben bester Filterwirkung schädliche Polarisationseffekte ausgeschaltet werden und andererseits ihre Herstellung wesentlich erleichtert wird; ferner wird praktisch verlustfreie Farbteilung ermöglicht, ohne daß zusätzliche Ausfilterung benötigt wird; die Ein- und Austrittswinkel an dem Teilungskörper können für alle Teilstrahlen gleich sein; die Lichtwege können für alle Teilbilder gleich gehalten werden; mehrere Teilbilder können auf eine Ebene gebracht werden; schließlich sind durch einen und denselben Teilungskörper mehrere Arten von Farbteilung realisierbar.When arranging a dividing body according to the invention, these disadvantages are avoided; in addition, a number of special advantages can also be achieved in various embodiments. The light-dividing interference layers can be made to hit at small angles of incidence, which on the one hand eliminates harmful polarization effects in addition to the best filter effect and on the other hand makes their production considerably easier; furthermore, practically lossless color division is made possible without additional filtering being required; the entry and exit angles on the dividing body can be the same for all partial beams; the light paths can be kept the same for all partial images; several partial images can be brought onto one level; Finally, several types of color division can be realized by one and the same dividing body.

Diese Eigenschaften lassen sich erfindungsgemäß einzeln oder gleichzeitig verwirklichen, indem man eine oder mehrere Mehrfachinterferenzschicht(en) zwischen parallelen Begrenzungsebenen durchsichtiger, vorzugsweise dreikantiger Prismen einbettet bzw. an ihnen anbringt, und den Einfallswinkel für den aufzuteilenden Strahl an jeder Mehrfachinterferenzschicht - im angrenzenden Prismenkörper gemessen - höchstens 40°, vorzugsweise bis zu 20°, macht.According to the invention, these properties can be achieved individually or simultaneously by embedding or attaching one or more multiple interference layer (s) between parallel delimitation planes of transparent, preferably triangular prisms, and the angle of incidence for the beam to be split at each multiple interference layer - measured in the adjacent prism body - at most 40 °, preferably up to 20 °.

Eine vorteilhafte Lichtteilung für zwei-, drei- oder vierfache Strahlenteilung, bei der auch die Ein- und Austrittswinkel an dem Teilungskörper für alle Teilstrahlen gleich sein können, ist durch eine Anordnung erreicht, wie sie in einem Ausführungsbeispiel in der Abbildung 1 schematisch dargestellt ist. Hierin bedeuten I, II, III drei verschiedene Mehrfachinterferenzschichtsysteme. Die Interferenzfilter liegen dabei so zwischen je zwei Prismen eingebettet, daß, in einem Schnitt parallel zur Einfallsebene betrachtet, die Schicht I von den zwei Prismenebenen (1, 2) unter gleichen Winkeln (Alpha) geschnitten wird, die Schicht II von der, vorzugsweise als Lichteintrittsfläche dienenden einen (2) dieser zwei Prismenebenen (1, 2) ebenfalls unter diesem Winkel und die Schicht III von den zwei Prismenebenen (3, 4) unter, einander gleichen Winkeln (Beta) geschnitten wird und daß die die Büschelachse bzw. die genannten Schnittgeraden nicht enthaltenden, aber die Schichten II und III schneidenden, aneinanderstoßenden Prismenflächen (2, 3 und 3, 4) gleiche Winkel (2(Beta)) einschließen.An advantageous light division for two, three or fourfold beam splitting, in which the entry and exit angles on the splitting body can also be the same for all partial beams, is achieved by an arrangement as shown schematically in an exemplary embodiment in Figure 1. Here, I, II, III mean three different multiple interference layer systems. The interference filters are so embedded between two prisms that, viewed in a section parallel to the plane of incidence, the layer I of the two prism planes (1, 2) is cut at the same angles (alpha), the layer II from the, preferably as Light entry surface serving one (2) of these two prism planes (1, 2) is also cut at this angle and the layer III of the two prism planes (3, 4) at equal angles (beta) and that the tuft axis or those mentioned Contiguous prismatic surfaces (2, 3 and 3, 4) which do not contain intersecting lines but intersect layers II and III, enclose equal angles (2 (beta)).

In vielen Fällen wird man noch weitergehende Symmetrie der Anordnung anstreben und z.B. gleiche Lichtwege für die Teilstrahlen im Teilungskörper fordern. Dies erreicht man gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch, daß man das beschriebene optische System symmetrisch bezüglich der Schicht II ausbildet (vergl.In many cases one will strive for further symmetry of the arrangement and, for example, require the same light paths for the partial beams in the splitting body. According to a further embodiment of the invention, this is achieved by designing the optical system described symmetrically with respect to layer II (cf.

Abb. 2), so daß (Beta) = (Alpha) wird. Besonders vorteilhaft ist weiterhin eine Ver- einigung mehrerer Bilder in einer Ebene. Diese Vereinigung tritt ein, wenn sich zusätzlich zu der genannten Bedingung die drei Interferenzfilter senkrecht und in einer Geraden schneiden. Das optische System kann dabei Würfelform annehmen, wie z.B. aus der Abb. 3 ersichtlich ist. (Hierin ist zur Erläuterung die ganze Strahlenteilung dargestellt).Fig. 2) so that (Beta) = (Alpha). Furthermore, it is particularly advantageous to unification of several images in one level. This union occurs when, in addition to the condition mentioned, the three interference filters intersect perpendicularly and in a straight line. The optical system can assume the shape of a cube, as can be seen in Fig. 3, for example. (The entire beam division is shown here for the sake of explanation).

Bei der im vorstehenden geschilderten Anordnung erhält man zwei seitenrichtige und zwei seitenverkehrte Bilder. Die letzteren lassen sich leicht durch Spiegel bzw. Umkehrprismen seitenrichtig machen, wobei gegebenenfalls die beiden anderen Strahlengänge durch zusätzliche Glaswege auf gleiche optische Länge gebracht werden können. Es ist zweckmäßig, diese Mittel auch dazu zu benützen, mehrere Teilbilder auf einer Ebene zu vereinigen. Im All der Würfelanordnung gelingt dies besonders einfach durch zwei Planspiegel, welche parallel bzw. senkrecht zur Eintrittsfläche der Lichtstrahlen liegen.With the arrangement described above, two correct and two reversed images are obtained. The latter can easily be made laterally correct using mirrors or erecting prisms, with the two other beam paths optionally being able to be brought to the same optical length by additional glass paths. It is advisable to use this means to combine several partial images on one level. In the space of the cube arrangement, this is achieved particularly easily by means of two plane mirrors which are parallel or perpendicular to the entry surface of the light rays.

Handelt es sich bei der gewünschten Lichtteilung um eine gleichzeitige Aufteilung in verschiedene Farben, so ist es aus Gründen des größten Helligkeitsgewinns besonders vorteilhaft, die Interferenzschichtsysteme so zu wählen, daß sie für sich bereits die verlangte Farbteilung erzielen, und zusätzliche Farbfilter gegebenenfalls zu Zwecken der spektralen Korrektur zu verwenden. Für den Fall der Lichtteilung durch drei Interferenzschichtsysteme empfiehlt es sich dabei, das mittlere System (II) als Selektivreflektor für zwei der gewünschten Farben, z.B. blau und grün, auszubilden, wobei dann das System I eine dieser beiden, das System III eine der von II durchgelassenen Farben wieder durch selektive Reflexion abtrennt. Benützt man die eine, symmetrische (Würfel-)Anordnung mit selektiv reflektierenden Interferenzschichtsystemen als Teilungskörper, so ergibt sich die überraschende Tatsache, daß lediglich durch Drehen ein- und desselben Teilungskörpers um zwei seiner Mittelachsen acht verschiedene Arten von Farbteilungen nahezu verlustlos einzustellen sind. Man kann also mit einem solchen Körper gleichzeitig eine Zwei-, Drei- und Vierfarbenteilung durchführen, wobei jeweils die gesamte Lichtmenge auf zwei bzw. drei bzw. vier Teilbilder vorteilhaft ist. Um die Verluste praktisch ganz zu unterdrücken, ist es vorteilhaft, die Außenfläche des Teilungskörpers nach einem der bekannten Verfahren zu entspiegeln.If the desired light division is a simultaneous division into different colors, for reasons of the greatest gain in brightness it is particularly advantageous to choose the interference layer systems in such a way that they already achieve the required color division and additional color filters, if necessary for spectral purposes Use correction. In the case of light splitting by three interference layer systems, it is advisable to design the middle system (II) as a selective reflector for two of the desired colors, e.g. blue and green, whereby system I is one of these two, system III one of those from II separates transmitted colors again through selective reflection. If the one, symmetrical (cube) arrangement with selectively reflecting interference layer systems is used as the graduation body, the surprising fact arises that eight different types of color graduation can be set almost without loss by simply rotating one and the same graduation body around two of its central axes. With such a body, two-, three- and four-color division can thus be carried out at the same time, the total amount of light on two or three or four partial images being advantageous in each case. In order to suppress the losses practically completely, it is advantageous to anti-reflective coating on the outer surface of the dividing body using one of the known methods.

Claims

1. Arrangement for dividing light beams into at least two identical or different colored partial beams, with an optical system for a bent beam path, characterized by at least one preferably flat multiple interference layer with the beam to be split at an angle of incidence of at most 40 °, preferably up to 20 °, forming multiple interference layer between parallel delimitation planes of transparent, preferably triangular prisms or bodies that act optically like such prisms are arranged parallel to the delimitation planes, if necessary, rests against them.

2. Arrangement according to claim 1, characterized by three multiple interference layers I, II, III, of which - viewed in section parallel to the plane of incidence - the layer I of two prism planes (1, 2) is cut at the same angles (alpha), the layer II by which one (2) of these two prism planes (1, 2), preferably serving as a light entry surface, is also cut at this angle and the layer III of the two prism planes (3, 4) is cut at equal angles (beta), and is further characterized that the layers II and III intersecting, abutting prism surfaces (2, 3 or 3, 4) enclose the same angle (2 (beta)).

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the optical system is designed symmetrically with respect to the layer II.

4. Arrangement according to claim 1 to 3, with three multiple interference layers which, at least in their extensions, intersect perpendicularly in a straight line, so that the optical system can have a cube shape.

5. Arrangement according to claim 1 to 4, characterized by optical means for reversing laterally reversed images.

6. Arrangement according to claim 1 to 5, characterized by optical deflection means, optionally also light path compensators, for combining several partial images on one plane.

7. Arrangement according to claim 1 to 6, for splitting into different colored partial beams, characterized by selectively reflecting (or absorbing) multiple interference layers.

8. Arrangement according to claim 1 to 7, for splitting into different colored partial beams, characterized by a multiple interference layer II, which each selectively reflects at least two color areas.