WO2007121742A1 - Vorrichtung zum erzeugen eines künstlichen regenbogens mit unterschiedlichen optischen effekten - Google Patents

Vorrichtung zum erzeugen eines künstlichen regenbogens mit unterschiedlichen optischen effekten Download PDF

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    • F21W2131/406—Lighting for industrial, commercial, recreational or military use for theatres, stages or film studios

Definitions

  • the invention relates to a system for generating an artificial rainbow.
  • the device according to the invention makes it possible to generate a rainbow with various effects by means of a light source and a liquid front under certain conditions.
  • the patent application GB 2405490 A describes a method and a system for the artificial production and the display of a rainbow.
  • the system has a Tungsten lamp as a light source and a well element for creating a fountain of water droplets.
  • a series of mirrors creates a parallel light path and directs the light from the lamp to the fountain.
  • the published patent application JP 06262110 A describes a generator of an artificial rainbow. This genera tor makes it possible to observe stable rainbows over an extended period of time.
  • a rainbow on a flat fog screen which is generated by means of a pressure medium, wherein a pressure medium pump provides the water from a water tank for a nozzle via a three-way valve.
  • Another US Pat. No. 4,975,811 relates to a method and system for illuminating a fountain from liquid drops to create a rainbow.
  • the system includes a nozzle, a light source, and a light directing means and a liquid source which produces a liquid front of drops.
  • the object of the invention is therefore to provide a system that ensures the generation and the representation of an artificial rainbow with different optical effects.
  • the system according to the invention enables a representation of a rainbow with different optical effects as well as a phenomenon of several rainbows simultaneously.
  • a rainbow is created in nature through an interaction of approximately spherical drops of water with the sunlight. This is refracted depending on the wavelength as it enters and exits the droplets and reflects directionally on the rear inner surface.
  • the sunlight falls on a front of raindrops either during or shortly after a rain, the light in them will be refracted and reflected. Since each ray of light falls to another location of the approximately round raindrop, the parallel sunlight is reflected in a cone, preferably at an angle of about 41 °. These 41 ° are thus the preferred angle between the light that hits the water droplet and the light that leaves the droplet.
  • the sunlight is composed of all spectral colors. These are broken differently in the raindrop. Thus, this results in each case a whole certain angle, which deviates slightly from the 41 °. For example, the red light has a preferred angle of about 42 °, the blue light more of 40 °.
  • the size of a drop of water plays a major role in the depiction of colors.
  • the diameters are from 1.0 mm to 2.0 mm.
  • the system according to the invention comprises at least one liquid source, preferably a water source, with a water droplet generator, at least one light source (for example a headlamp).
  • a rotatable glass pane, so-called gobo pane, as well as a filter are inserted into the headlight path of the spotlight.
  • a simultaneous display of e.g. two, three or more rainbows are scored.
  • the parallel beam path is not absolutely necessary. It is also sufficient if the beam path is ordered. This is achieved by means of a point-like light source in a paraboloidally curved reflector (eg a headlight). In addition, the internal scattering is negligible in a headlamp.
  • the liquid drop generating device according to the invention has been developed to ensure the discharge of water droplets with a diameter between 1.0 mm and 2.0 mm.
  • FIG. 1 shows the simplest system of the prior art.
  • FIG. 2 shows the water droplet generation systems according to the invention.
  • Fig. 5 illustrates the system with 2 light sources, with one light source emitting only white light.
  • Fig. 6 illustrates a system for generating at least two
  • FIG. 7 shows a system with at least one pivotable and / or rotatable light source. The illustrations are described in more detail below.
  • Fig.1 the prior art is shown.
  • an artificial rainbow is generated by means of a very large (almost infinite) light source (1) and a source of liquid droplets (2).
  • the very large light source is intended to imitate the sun light.
  • FIG. 2 shows the liquid droplet production plant (2) according to the invention, a nozzle.
  • water droplets should be approximately round, which is best achieved with diameters of 1.0 mm to 2.0 mm.
  • a solid block (6) made of aluminum was used for the production of such a nozzle. From this block, a groove (7) about 0.3 mm - 1.7 mm was cut over half. From the bottom side to this groove, a bore (8) has been made to allow the supply of water from the liquid source with a pressure medium (13). This nozzle ensures that the exiting water droplets have a diameter between 1.0 mm and 2.0 mm.
  • 3 schematically shows a gobo disk.
  • FIG. 4 shows the system according to the invention with a built-in glass pane, so-called gobo pane (10).
  • gobo pane 10
  • different optical effects can be achieved by removing individual sections from the light cone, which leads to the creation of gaps in the rainbow. Another effect is achieved when the gobo disc rotates.
  • Figure 5 shows the system with two light sources, the second light source (12) emitting only white light.
  • a gobo disk (10) dark sections appear in the rainbow (11). This sometimes leads to unpleasant effects for the observer.
  • a second light source (12) is needed that emits only white light to lighten these dark spots.
  • two light beams from two light sources are emitted from different directions onto the water front (3).
  • several rainbows can be generated simultaneously (FIG. 6).
  • a digital device as a light source, e.g. a projector, you can create color effects, changes and images in the rainbow itself.
  • a plurality of droplet-generating units arranged approximately in a row are provided.
  • these multiple drop generators have complementary spray patterns to produce a larger but more homogeneous drop front.
  • elements for sucking in air or generally for generating a negative pressure are provided in relation to the one or more drop production plants, so that the drops emanating from the drop production plant are sucked in approximately in one plane so as to facilitate diffusion to reduce the drop and thus the blurring of the rainbow.
  • Light source Liquid drop generating device Liquid drop front Surface (e.g., earth) Light beam Solid block Groove hole Exit direction of water droplets Gobo disk Rainbow White light source Liquid source with a pressure medium Color filter

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zum Erzeugen eines künstlichen Regenbogens. Die Erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht das Erzeugen eines Regenbogens mit verschiedenen Effekten mittels einer Lichtequelle und einer Flüssigkeitsfront unter Einsatz von drehbaren Scheiben mit Ausnehmungen für den Lichtdurchtritt (sog. Gobo-Scheiben) oder/und Filtern für bestimmte Wellenlängen.

Description

Patentanmeldung Bezeichnung der Erfindung
Vorrichtung zum Erzeugen eines künstlichen Regenbogens mit unterschiedlichen optischen Effekten
Besehreibung
Die Erfindung betrifft ein System zum Erzeugen eines künstlichen Regenbogens.
Stand der Technik
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht das Erzeugen eines Regenbogens mit verschiedenen Effekten mittels einer Lichtquelle und einer Flüssigkeitsfront unter bestimmten Voraussetzungen.
Im Stand der Technik sind bereits mehrere Systeme und Verfahren zum Erzeugen eines Regenbogens bekannt .
Die Patentanmeldung GB 2405490 A beschreibt ein Verfahren und ein System für die künstliche Erzeugung und die Anzeige eines Regenbogens . Das System weist eine Tungsten Lampe als Lichtquelle sowie ein Brunnenelement zum Erzeugen einer Fontäne von Wassertropfen auf. Eine Reihe von Spiegeln erzeugt einen parallelen Lichtgang und lenkt das Licht von der Lampe auf die Fontäne.
Die Offenlegungsschrift JP 06262110 A beschriebt einen Generator eines künstlichen Regenbogens. Dieser Genera- tor ermöglicht die Beobachtung eines stabilen Regenbö- gens über eine längere Zeit. Hierbei wird ein Regenbogen an einem flachen Nebelschirm, welcher mittels eines Druckmittels erzeugt wird, wobei eine Druckmittelpumpe das Wasser aus einem Wassertank für eine Düse über einen Drei-Weg-Ventil bereit stellt.
Eine weitere Patentschrift US 4975811 betrifft ein Verfahren und ein System für die Illumination einer Fontäne aus Flüssigkeitstropfen zum Erzeugen eines Regenbogens . Das System beinhaltet eine Düse, eine Lichtquelle sowie ein Lichtlenkmittel und eine Flüssigkeitsquelle, welche eine Flüssigkeitsfront von Tropfen erzeugt .
Die oben genannten Systeme weisen mindestens einen wesentlichen Nachteil gegenüber der hier vorgestellten Erfindung auf, nämlich, dass sie ziemlich aufwendig sind. Das ist darauf zurückzuführen, dass man in im Stand der Technik versucht, einen parallelen Lichtstrahl zu erzeugen. Dazu wird entweder eine unendlich große Lichtquelle eingesetzt, die annähernd ein paralleles Licht emittieren kann, oder ein Reflektionsmittel (z.B. ein Spiegel mit mehreren Segmenten, das aus einem nicht parallelen Strahlengang einen parallelen erzeugt.
Darüber hinaus ist in keiner der Schriften zu entnehmen, dass Regenbogen mit unterschiedlichen Effekten dargestellt werden können. Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein System bereitzustellen, dass das Erzeugen und die Darstellung eines künstlichen Regenbogens mit unterschiedlichen optischen Effekten gewährleistet .
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein System nach Anspruch 1 gelöst .
Das erfindungsgemäße System ermöglicht eine Darstellung eines Regenbogens mit unterschiedlichen optischen Effekten sowie eine Erscheinung von mehreren Regenbogen gleichzeitig.
Ein Regenbogen entsteht in der Natur durch eine Wechselwirkung annähernd kugelförmiger Wassertropfen mit dem Sonnenlicht . Dieses wird bei Ein- und Austritt aus den Tropfen wellenlängenabhängig gebrochen und an der rückwärtigen inneren Oberfläche richtungsabhängig reflektiert .
Fällt das Sonnenlicht auf eine Front von Regentropfen entweder während oder kurz nach einem Regen, wird das Licht in ihnen gebrochen und reflektiert. Da jeder Lichtstrahl auf eine andere Stelle des annähernd runden Regentropfens fällt, wird das parallele Sonnenlicht in einem Kegel zurückgeworfen, und zwar vorzugsweise in einem Winkel von ca. 41°. Diese 41° sind also der bevorzugte Winkel zwischen dem Licht, das auf den Wassertropfen trifft, und dem Licht, das den Tropfen verlässt. Das Sonnenlicht setzt sich aus allen Spektralfarben zusammen. Diese werden im Regentropfen unterschiedlich gebro- chen. Somit ergibt sich für diese jeweils ein ganz bestimmter Winkel, der etwas von den 41° abweicht. Das rote Licht z.B. weist einen bevorzugten Winkel von etwa 42° auf, das blaue Licht eher von 40°. Blickt der Beobachter nun zur Regenwand, so erscheinen ihm alle Tropfen farbig, die das von der Sonne kommende Licht genau auf sein Auge umlenken. Der Regenbogen wird also nur sichtbar, wenn der Betrachter mit dem Rücken zur Sonne auf die Regenwand blickt, denn nur dann kann man in Richtung dieses Winkels schauen. Die Breite des Regenbogens entsteht dabei durch die Auffächerung der Farben in die unterschiedlichen Winkel, die eigentliche Form des Regenbogens aber durch das optische Verhalten der Lichtstrahlen im Regentropfen.
Um einen künstlichen Regenbogen erzeugen zu können, sollte die Natur quasi nachgemacht werden.
Die Größe eines Wassertropfens spielt bei der Darstellung von Farben eine große Rolle. Bevorzugt sind die Durchmesser vom 1,0 mm bis 2,0 mm.
Das erfindungsgemäße System umfasst mind. eine Flüssig- keitsquelle - bevorzugt eine Wasserquelle - mit einer Wassertropfenerzeugungsanläge, mind. eine Lichtquelle (z.B. ein Scheinwerfer). Um verschiedene optische Effekte erzielen zu können, wird eine drehbare Glasscheibe, sogenannte Gobo-Scheibe, sowie ein Filter in den Strah- lengang des Scheinwerfers eingesetzt. Beim Einsatz mehrerer Lichtquellen kann eine gleichzeitige Darstellung von z.B. zwei, drei und mehr Regenbogen erzielt werden.
Überraschenderweise wurde festgestellt, dass der paral- lele Strahlengang nicht unbedingt notwendig ist. Es reicht auch aus, wenn der Strahlengang geordnet ist. Dies wird mittels einer möglichst punktförmigen Lichtquelle in einem paraboloid gekrümmten Reflektor (z.B. ein Scheinwerfer) erreicht. Außerdem ist in einem Scheinwerfer die innere Streuung vernachlässigbar klein.
Die erfindungsgemäße Flüssigkeitstropfenerzeugungsanla- ge , kurz Düse genannt, wurde entwickelt, um den Austritt von Wassertropfen mit Durchmesser zwischen 1 , 0 mm und 2,0 mm zu gewährleisten.
Beispiele
Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen 1 bis 7 dargestellt : Auf den folgenden Beispielen ist das erfindungsgemäße System zum Erzeugen eines künstlichen Regenbogens mit verschiedenen optischen Effekten dargestellt.
Fig.1 stellt das einfachste System aus dem Stand der Technik dar. Fig.2 zeigt die erfindungsgemäße Wassertropfenerzeu- gungsanläge.
Fig.3 zeigt schematisch eine Gobo-Scheibe .
Fig.4 zeigt das System mit einer Gobo-Scheibe.
Fig.5 stellt das System mit 2 Lichtguellen dar, wobei eine Lichtquelle nur weißes Licht emittiert.
Fig.6 stellt ein System zum Erzeugen von mind. zwei
Regenbogen gleichzeitig dar.
Fig. 7 zeigt ein System mit mind. einer schwenkbaren und/oder drehbaren Lichtquelle. Die Abbildungen werden im Folgenden näher beschrieben.
In Fig.1 ist der Stand der Technik abgebildet. Hierbei wird ein künstlicher Regenbogen mittels einer sehr großen (annähernd unendlich) Lichtquelle (1) und einer Quelle für Flüssigkeitstropfen (2) erzeugt. Die sehr große Lichtquelle soll das Sonnelicht imitieren.
Fig.2 zeigt die erfindungsgemäße Flüssigkeitstropfener- zeugungsanlage (2), eine Düse. Wie oben bereits beschrieben, sollten Wassertropfen annähernd rund sein, was bei Durchmessern von 1,0 mm bis 2,0 mm am besten zu erreichen ist. Für die Herstellung solch einer Düse wurde ein massiver Block (6) aus Aluminium verwendet. Aus diesem Block wurde eine Nut (7) ca. 0,3 mm - 1,7 mm über die Hälfte ausgeschnitten. Von der Bodenseite aus bis zu dieser Nut wurde eine Bohrung (8) gemacht, um die Wasserzufuhr von der Flüssigkeitsquelle mit einem Druckmittel (13) zu ermöglichen. Mit dieser Düse wird gewährleistet, dass die austretenden Wassertropfen ein Durchmesser zwischen 1,0 mm und 2,0 mm haben. Fig.3 zeigt schematisch eine Gobo-Scheibe .
Fig.4 zeigt das erfindungsgemäße System mit einer eingebauten Glasscheibe, sogenannten Gobo-Scheibe (10). Mit dieser Scheibe lassen sich unterschiedliche optische Effekte erzielen, indem einzelne Abschnitte aus dem Lichtkegel herausgenommen werden, was zum Entstehen von Lücken im Regenbogen führt. Ein weiterer Effekt wird dadurch erreicht, wenn die Gobo-Scheibe sich dreht. Zu weiteren optischen Effekten führt das Zwischenschalten eines Farbfilters (14). Fig.5 zeigt das System mit zwei Lichtquellen, wobei die zweite Lichtquelle (12) nur weißes Licht emittiert. Nach dem Einsatz einer Gobo-Scheibe (10) entstehen dunkle Abschnitte im Regenbogen (11). Dies führt manchmal zu unangenehmen Effekten für den Beobachter. Um dies zu vermeiden, wird eine zweite Lichtquelle (12) benötigt, die nur weißes Licht emittiert, um diese dunkle Stellen aufzuhellen. Somit werden zwei Lichtstrahlen von zwei Lichtquellen aus verschiedenen Richtungen auf die Wasserfront (3) emittiert. Mit mehreren zu einander versetzten Lichtquellen lassen sich gleichzeitig mehrere Regenbogen erzeugen (Fig. 6) . Um weitere optische Effekte zu erzielen, kann man die Lichtquellen, bevorzugt Scheinwerfer, z.B. drehen und/oder schwenken, usw. (Fig. 7) .
Mit einem digitalen Gerät als Lichtquelle, z.B. einem Projektor, lassen sich Farbeffekte, Veränderungen und Abbildungen im Regenbogen selbst erzeugen.
In einer -nicht dargestellten- Ausführungsform sind mehrere, etwa in einer Reihe angeordnete Tropfenerzeugungsanlagen vorgesehen.
In einer bevorzugten -nicht dargestellten- Ausführungsform weisen diese mehreren Tropfenerzeugungsanlagen sich ergänzende Sprühmuster zur Erzeugung einer größeren, aber dennoch homogeneren Tropfenfront auf.
In einer ganz besonders bevorzugten -nicht dargestellten- Ausführungsform sind gegenüber der einen oder der mehreren Tropfenerzeugungsanlagen Elemente zum Ansaugen von Luft oder allgemein zur Erzeugung eines Unterdruck vorgesehen, so dass die von der Tropfenerzeugungsanlage ausgehenden Tropfen etwa in einer Ebene angesaugt werden, um so die Diffusion der Tropfen und damit die Unscharfe des Regenbogens zu reduzieren. Bezugszeichenliste
Lichtquelle Flüssigkeitstropfenerzeugungsanläge Flüssigkeitstropfenfront Oberfläche (z.B. Erde) Lichtstrahl Massiver Block Nut Bohrung Austrittsrichtung von Wassertropfen Gobo-Scheibe Regenbogen Weiß-Licht-Quelle Flüssigkeitsquelle mit einem Druckmittel Farbfilter

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Erzeugen eines künstlichen Regen- bogens , umfassend mindestens eine Lichtquelle (1), sowie eine Flüssigkeitsquelle mit Druckmitteln (13) , sowie eine Flüssigkeitstropfenerzeugungsan- lage (2) zum Erzeugen einer Flüssigkeitstropfenfront (3) , welche zusammen mit den Druckmitteln und der Tropfenerzeugungsanlage (2) zur Erzeugung eines Regenbogens ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner eine bewegliches Element zum mindestens teilweisen Durchlass von Licht, z.B. in Form einer Gobo-Scheibe (10), aufweist, welches im Strahlengang zwischen der Lichtquelle und der Flüssigkeitstropfenfront angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Lichtquelle (1) beweglich und/oder rotierbar ausgeführt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (1) in einer Ebene parallel zur Flüssigkeitstropfenfront beweglich ausgeführt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Element zum mindestens teilweisen Durchlass von Licht rotierbar ausgeführt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite, zur ersten beabstande- te Lichtquelle (1) vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Lichtquelle (1) zur Aussendung von näherungsweise parallelem Licht ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6 , dadurch gekennzeichnet, dass gegenüber der Tropfenerzeugungsanlage (2) ein Element zum Ansaugen von Luft angeordnet ist .
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Tropfenerzeugungsanlagen
(2) vorgesehen sind, welche etwa in einer Reihe angeordnet sind und/oder sich ergänzende Sprühmuster aufweisen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der mindestens einen Lichtquelle (1) und der Flüssigkeitstropfenfront
(3) mindestens ein Farbfilter (14) angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Lichtquelle (1) zu Aussendung von weissem Licht ausgebildet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitstropfenerzeu- gungsanlage (2) als Düse mit Bohrung (8) zum Eintritt der Flüssigkeit und einer Nut (7) zum Austritt der sich bildenden Tropfen ausgebildet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass Flüssigkeitstropfenerzeugungsanlage (2) als massiver Block (6) ausgebildet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite, zur ersten beabstandete Lichtquelle vorgesehen ist, welche in Form eines Projektors, z.B. eines Beamers zur Abgabe von Farbmustern auf die Flüssigkeitstropfenfront ausgebildet und angeordnet ist.
14. Verfahren zur Erzeugung von sich bewegenden künstlichen Regenbogen mittels einer Lichtquelle und einer Flüssigkeitstropfenfront, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine bewegliche Lichtquelle oder/und mindestens ein bewegliches, zwischen der Lichtquelle und der Flüssigkeitstropfenfront angeordnetes, zum mindestens teilweisen Durchlass ■ von Licht ausgeführtes, Element verwendet wird.
PCT/DE2007/000749 2006-04-26 2007-04-26 Vorrichtung zum erzeugen eines künstlichen regenbogens mit unterschiedlichen optischen effekten WO2007121742A1 (de)

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