Dispositif optique pour obtenir le spectre d'une source lumineuse concentré en un foyer unique. La présente invention concerne un dis positif optique pour obtenir le spectre d'une source lumineuse concentré en un foyer unique. Le dispositif comporte deux rangées parallèles et égales de prismes égaux et parallèles, un système de moyens optiques étant disposé à peu près parallèlement aux rangées et distant de celles-ci, et chaque rangée de prismes coopérant avec une len tille disposée entre celle-ci et le système de moyens optiques, le tout de façon que la lumière décomposée en spectre émanant de la première rangée de prismes et traversant la lentille coordonnée à celle-ci, est dirigée par les moyens optiques,
sur la lentille coordonnée à la seconde rangée de prismes et par celle-ci sur une lentille ultérieure afin d'être concentrée dans le foyer unique.
Le dessin annexé représente schématique ment une forme d'exécution de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une section transversale d'une partie du dispositif; La fig. 2 est une vue de face de la même partie; La fig. 3 est une section horizontale de la même partie, et La fig. 4 représente schématiquement le dispositif.
Dans le dessin, 6 désigne une boîte mé tallique rectangulaire avec deux ouvertures opposées 16 et 17 obturées par des carréaux en cristal 7 et 8. 9 est le couvercle de la boite métallique. La boîte est remplie d'un liquide à dispersion optique élevée. Dans le liquide sont immergés des prismes de Crown 1, 2, 3, 4, 5 de dispersion optique notable ment inférieure à celle du liquide.
Les prismes de Crown juxtaposés dans une rangée sont de section égale et d'orientation égale et d'une hauteur relativement grande par rapport à la section triangulaire. 10-10' indiquent les rayons parallèles de la lumière blanche<B>;</B> 12, 13, 14, 15 les rayons qui ont subi la réfraction et la dispersion au travers des prismes;
12 indique la direction des rayons rouges et 15 la direction des rayons violets, tandis que les couleurs intermédiaires ne sont pas indiquées. 11 correspond à la direction d'un rayon de lumière blanche qui réussit à passer à travers des prismes sans réfraction par les prismes et conservant la direction primaire 10 et n'influençant d'au cune manière le faisceau du spectre produit par l'ensemble des prismes. 18 représente un châssis métallique qui sert à maintenir en place les prismes de Crown. 19 désigne des saillies servant à: maintenir les carreaux de cristal 7 et 8 qui obturent les ouvertures rectangulaires 16 et 17. 20 et 21 indiquent en coupe deux portions de liquide fonction nant comme prismes.
Le fonctionnement des prismes immergés dans le liquide est le suivant. Les rayons de lumière blanche 10 (fig. 3), inclinées par rapport au plan de l'ouverture de la boîte 6, traversent une portion de liquide 20 à forte dispersion optique en se subdivisant en plusieurs couleurs. Les prismes 1-5 ten draient à diminuer la' dispersion, mais la dispersion des prismes étant petite, ils lais sent le faisceau qui les traverse presque inaltéré, et le transmet à la portion 21 du liquide, qui en augmente la dispersion. Les rayons 13 et 14 quittent le liquide et l'ouverture 17 avec une direction moyenne à peu près perpendiculaire au carreau de cristal 8.
Il n'est pas nécessaire que les rayons blancs à leur entrée dans le liquide aient la direction inclinée indiquée sur le dessin et que le faisceau de sortie ait une direction de sortie perpendiculaire au plan de l'ouverture; d'autres directions sont également pos sibles.- Il est à noter que c'est grâce à la grande- différence entre le coefficient de réfrac tion du liquide employé et le coefficient de réfraction des prismes de Crown que les rayons blancs qui entrent en direction oblique sortent en une direction moyenne presque perpendiculaire. Si le coefficient de réfraction était le même pour les deux matières, l'angle d'incidence - serait égal à l'angle de sortie.
Le liquide peut être pur ou constitué par un mélange ou une solution<B>;</B> il peut également servir à refroidir les carreaux 7 et $. IL- est important que tous les prismes en cristal -soient exactement égaux. Au lieu des parties fonctionnant comme prismes cons tituées par le liquide, on pourrait égale ment employer des prismes en verre ou - en cristal.
Ainsi que représenté à la fig.4, l'un des deux systèmes de prismes sert à décomposer la lumière dans ses couleurs élémentaires; et l'autre sert à recomposer lesdites couleurs, engendrées par le premier système de prismes, en un faisceau unique et avec une direction unique, contenant toutes ou quelques couleurs.
Lorsqu'on choisit des matières appro priées pour le système de prismes (il n'existe pas de corps transparents à toutes les radiations soit visibles, soit invisibles), il peut également servir â la transmission des rayons ultra-rouges ou ultraviolets, ou de parties spéciales du spectre visible ou non visible [provenant d'une source lumineuse naturelle ou artificielle.
En général le liquide à grande dispersion optique employé aura un coefficient de réfrac tion considérablement différent de celui des prismes de Crown.
Le système prismatique capable -de con centrer simultanément tous les rayons du spectre en un foyer unique (ainsi que cela est représenté dans la fig. 4) est composé de deux groupes égaux de prismes égaux, 22 et 23 semblable au type décrit. Le premier groupe de prismes 22 décompose la lumière émise par la lampe 24 à miroir parabolique en -spectre qui traverse une len tille disposée entre le premier groupe de prismes et un système de miroirs 26 disposé dans le plan focal de la lentille. Les miroirs 26 reflètent les diverses couleurs qui passent par une lentille coordonnée au deuxième groupe de prismes 23 et par le deuxième groupe de prismes.
Ce groupe 23 recompose les couleurs et au moyen d'une lentille de préférence achromatique 27 elles sont concentrées dans.- le foyer 28. Dans la fig. 4 les deux groupes de prismes sont représentés comme étant juxtaposé l'un à l'autre, tandis qu'en pratique il est indiqué qu'ils soient superposés.
Pour réduire l'aberration causée par l'emploi des prismes et lentilles à un minimum, il est nécessaire que le trajet des rayons et la disposition des lentilles soient symétriques par rapport aux prismes. Il faut donc que le faisceau de lumière blanche ait un angle d'incidence égal à l'angle que l'axe du faisceau spectral forme avec la face de sortie, c'est-à-dire que le prisme ait par construction et par fontionnement un axe de symétrie.
Dans la forme d'exécution de la fig. 4; cette disposition symétrique est obtenue par une série de miroirs 26, dont un pour chaque couleur formant plan de symétrie pour cette couleur. L'aberration chromatique est corrigée par le fait que chaque miroir 26 se trouve à des distances différentes des deux prismes. Les aberrations sphériques et chromatiques étant à présent éliminées, toutes les images seront nettes et dans le même plan de l'image, indépendamment de la couleur.
Il va de soi que le même système optique fonctionne également lorsqu'on subs titue aux miroirs 26 une rangée de prismes spécialement construits dans ce cas ; le groupe de prismes 23 sera situé du côté opposé au groupe de prismes 22 par rapport â la ligne focale 25.
Le dispositif optique décrit est applicable aux radiations lumineuses aussi bien qu'aux radiations ultra-rouges et ultraviolettes, en choisissant des matières appropriées, soit le Crown des prismes et le liquide afin qu'elles soient transparentes pour les - ra diations employées.
Une des-nombreuses applications 'du sys tème optique décrit est celle de l'emploi avec les appareils cinématographiques pour obtenir la projection en couleur.
Il est connu que les images du film à présent sont projetées au .moyen de la lumière blanche d'une-lampe -à \arc. Pour obtenir que cette lumière au lieu d'être blanche comporte un grand '.-nombre de couleurs, on peut employer un moyen d'éclai rage comportant le dispositif suivant - la fig. 4. On dispose en 24 une puissante source de lumière (arc électrique) et au- devant des miroirs 26 on place des volets noirs commandés au moyen d'un clavier et pouvant permettre le passage à la lumière ou l'ab sorber suivant leur condition d'ouverture ou de fermeture.
Comme le spectre se trouve étendu sur la ligne focale 25, chaque miroir ne peut réfléchir qu'une couleur déterminée de ce spectre, par exemple le rouge, le jaune, le vert, etc., et toutes ces couleurs sont con centrées dans le foyer 28 où est disposé le film à projeter. En opérant le clavier, on petit obtenir que les images du film soient projetées à la place de la lumière blanche, avec une couleur simple quelconque ou même avec un grouge de telles couleurs, de façon à obtenir ainsi les effets de couleurs les plus variés sur l'écran de projection.
Optical device for obtaining the spectrum of a light source concentrated in a single focus. The present invention relates to an optical device for obtaining the spectrum of a light source concentrated in a single focus. The device comprises two parallel and equal rows of equal and parallel prisms, a system of optical means being arranged approximately parallel to the rows and distant from them, and each row of prisms cooperating with a lens arranged between the latter and the system of optical means, the whole in such a way that the light broken down into a spectrum emanating from the first row of prisms and passing through the lens coordinated with the latter, is directed by the optical means,
on the lens coordinated with the second row of prisms and by the latter on a subsequent lens in order to be concentrated in the single focus.
The accompanying drawing schematically represents an embodiment of the subject of the invention. Fig. 1 is a cross section of part of the device; Fig. 2 is a front view of the same part; Fig. 3 is a horizontal section of the same part, and FIG. 4 schematically represents the device.
In the drawing, 6 denotes a rectangular metal box with two opposite openings 16 and 17 closed by crystal squares 7 and 8. 9 is the cover of the metal box. The box is filled with a liquid with high optical dispersion. In the liquid are immersed Crown prisms 1, 2, 3, 4, 5 of optical dispersion noticeably less than that of the liquid.
Crown prisms juxtaposed in a row are of equal section and equal orientation and of a relatively large height compared to the triangular section. 10-10 'indicate the parallel rays of white light <B>; </B> 12, 13, 14, 15 rays which have undergone refraction and scattering through the prisms;
12 indicates the direction of the red rays and 15 the direction of the purple rays, while the intermediate colors are not indicated. 11 corresponds to the direction of a ray of white light which succeeds in passing through prisms without refraction by the prisms and retaining the primary direction 10 and not influencing in any way the beam of the spectrum produced by the set of prisms. 18 shows a metal frame which serves to hold Crown's prisms in place. 19 denotes projections serving to: hold the crystal squares 7 and 8 which close the rectangular openings 16 and 17. 20 and 21 indicate in section two portions of liquid functioning as prisms.
The operation of the prisms immersed in the liquid is as follows. The rays of white light 10 (FIG. 3), inclined with respect to the plane of the opening of the box 6, pass through a portion of liquid 20 with strong optical dispersion, being subdivided into several colors. The prisms 1-5 would tend to decrease the dispersion, but the dispersion of the prisms being small, they leave the beam passing through them almost unaltered, and transmit it to the portion 21 of the liquid, which increases the dispersion. The rays 13 and 14 leave the liquid and the opening 17 with an average direction roughly perpendicular to the crystal square 8.
It is not necessary that the white rays at their entry into the liquid have the inclined direction indicated in the drawing and that the exit beam has an exit direction perpendicular to the plane of the opening; other directions are also possible.- It should be noted that it is thanks to the great difference between the refractive coefficient of the liquid employed and the refractive coefficient of the Crown prisms that the white rays which enter in the direction oblique exit in an almost perpendicular middle direction. If the refractive coefficient were the same for both materials, the angle of incidence - would equal the angle of exit.
The liquid can be pure or constituted by a mixture or a solution <B>; </B> it can also be used to cool the tiles 7 and $. It is important that all crystal prisms are exactly equal. Instead of the parts functioning as prisms constituted by the liquid, one could also use glass or crystal prisms.
As shown in fig.4, one of the two prism systems is used to break down light into its elementary colors; and the other serves to recompose said colors, generated by the first system of prisms, into a single beam and with a single direction, containing all or a few colors.
When suitable materials are chosen for the prism system (there are no bodies transparent to all radiation, either visible or invisible), it can also be used for the transmission of ultra-red or ultraviolet rays, or of special parts of the visible or non-visible spectrum [from a natural or artificial light source.
In general, the wide optical dispersion liquid employed will have a considerably different refractive coefficient than that of Crown prisms.
The prismatic system capable of simultaneously concentrating all the rays of the spectrum into a single focus (as shown in Fig. 4) is composed of two equal groups of equal prisms, 22 and 23 similar to the type described. The first group of prisms 22 decomposes the light emitted by the parabolic mirror lamp 24 into a -spectrum which passes through a lens disposed between the first group of prisms and a system of mirrors 26 disposed in the focal plane of the lens. The mirrors 26 reflect the various colors which pass through a lens coordinated with the second group of prisms 23 and through the second group of prisms.
This group 23 recomposes the colors and by means of a preferably achromatic lens 27 they are concentrated in the focus 28. In FIG. 4 the two groups of prisms are shown as being juxtaposed to each other, while in practice it is indicated that they are superimposed.
To reduce the aberration caused by the use of prisms and lenses to a minimum, the path of the rays and the arrangement of the lenses must be symmetrical with respect to the prisms. The white light beam must therefore have an angle of incidence equal to the angle that the axis of the spectral beam forms with the exit face, that is to say that the prism has by construction and by operation an axis of symmetry.
In the embodiment of FIG. 4; this symmetrical arrangement is obtained by a series of mirrors 26, one of which for each color forming a plane of symmetry for this color. Chromatic aberration is corrected by the fact that each mirror 26 is located at different distances from the two prisms. With spherical and chromatic aberrations now eliminated, all images will be sharp and in the same image plane, regardless of color.
It goes without saying that the same optical system also works when replacing the mirrors 26 with a row of prisms specially constructed in this case; the group of prisms 23 will be located on the opposite side to the group of prisms 22 with respect to the focal line 25.
The optical device described is applicable to light radiations as well as to ultra-red and ultraviolet radiations, by choosing suitable materials, namely the crown of the prisms and the liquid so that they are transparent for the radiations employed.
One of the many applications of the optical system described is that of use with motion pictures to achieve color projection.
It is known that film images at present are projected using the white light of an arc lamp. In order to obtain that this light, instead of being white, comprises a large number of colors, it is possible to use a lighting means comprising the following device - FIG. 4. A powerful light source (electric arc) is placed at 24 and in front of the mirrors 26 black shutters are placed, controlled by means of a keyboard and which can allow the light to pass through or to absorb it depending on their condition. opening or closing.
As the spectrum is extended on the focal line 25, each mirror can only reflect a specific color of this spectrum, for example red, yellow, green, etc., and all these colors are concentrated in the focus. 28 where the film to be projected is placed. By operating the keyboard, we can obtain that the images of the film are projected instead of white light, with any single color or even with a group of such colors, so as to obtain the most varied color effects on the projection screen.