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光栅及其缝间距简介

(2017-04-03 10:47:31)
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现代物理学

分类: 转载1

由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学器件称为光栅(grating)。一般常用的光栅是在玻璃片上刻出大量平行刻痕制成,刻痕为不透光部分,两刻痕之间的光滑部分可以透光,相当于一狭缝。精制的光栅,在1cm宽度内刻有几千条乃至上万条刻痕。这种利用透射光衍射的光栅称为透射光栅,还有利用两刻痕间的反射光衍射的光栅,如在镀有金属层的表面上刻出许多平行刻痕,两刻痕间的光滑金属面可以反射光,这种光栅成为反射光栅。光栅是结合数码科技与传统印刷的技术,能在特制的胶片上显现不同的特殊效果。在平面上展示栩栩如生的立体世界,电影般的流畅动画片段,匪夷所思的幻变效果。光栅是一张由条状透镜组成的薄片,当我们从镜头的一边看过去,将看到在薄片另一面上的一条很细的线条上的图像,而这条线的位置则由观察角度来决定。如果我们将这数幅在不同线条上的图像,对应于每个透镜的宽度,分别按顺序分行排列印刷在光栅薄片的背面上,当我们从不同角度通过透镜观察,将看到不同的图像。

编辑摘要
 

简介

 

光栅:光栅是结合数码科技与传统印刷的技术,能在特制的胶片上显现不同的特殊效果。在平面上展示栩栩如生的立体世界,电影般的流畅动画片段,匪夷所思的幻变效果。

光栅是一张由条状透镜组成的薄片,当我们从镜头的一边看过去,将看到在薄片另一面上的一条很细的线条上的图像,而这条线的位置则由观察角度来决定。如果我们将这数幅在不同线条上的图像,对应于每个透镜的宽度,分别按顺序分行排列印刷在光栅薄片的背面上,当我们从不同角度通过透镜观察,将看到不同的图像。

立体效果
根据研究,我们人类的眼睛在观察一个三维物体时,由于两眼水平分开在两个不同的位置上,所观察到的物体图像是不同的,它们之间存在着一个像差,由于这个像差的存在,通过人类的大脑,我们可以感到一个三维世界的深度立体变化,这就是所谓的立体视觉原理。据立体视觉原理,如果我们能够让我们的左右眼分别看到两幅在不同位置拍摄的图像,我们应该可以从这两幅图像感受到一个立体的三维空间。从前面的分析中我们可以知道不同的观察角度将可以看到不同的图像。因如果我们将光栅垂直于两眼放置,由于两眼对光栅的观察角度不同,因而两眼会看到两个不同的图像,从而产生立体感。

常为了获得更好的立体效果我不单单以两幅图像制作,而是用一组序列的立体图像去构成,在这样的情况下,根据观察的位置不同,只要同时看到这个序列中的两副图像,即可感受到三维立体效果。

动画\幻变\变画
将光栅平置于两眼之间,注意两眼对光栅的线纹角度要保持平行,因而两眼看到的是同一个图像,如果图像是由一列连续动画所构成,那么当双眼上下移动或把光栅上下翻动时,双眼与光栅的角度将发生变化,我们也将看到一个接一个的连续图像,即看到一个动画或变画的效果。

定义

就是指有一面被挤压成圆柱形线条 一面为完整平面的塑胶材料,且圆柱形线条间距相等谓之【光栅】此光栅平面可作为印刷之用途,使用光栅视觉软体合成图档后,使用不同输出设备输出档案,并与光栅贴合或直接印刷在光栅板上,就可以呈现如右图所示的效果,让动画可以直接在平面的印刷上呈现出萤幕所看见的变图效果。

角度光栅

在选择适合的光栅板时,光栅弯曲的角度是非常重要的事,一般来说3D立体效果最理想的光栅是使用窄角度光栅板,它的视角大约在15度-44度之间的效果是最好的,如果要制作变图或动画的效果,宽角度光栅板的视角约44度~ 65度之间是最适合的光栅板。

用途

在制作各种光栅视觉效果前,必须要先了解光栅的特性、种类、规格、厚度、尺寸、方向性等,才能仔细判别如何制作出精致的光栅影像效果,就台湾市面上常用之光栅材料做分类,可分为以下几种。
印刷光栅材质:PET、PP、PVC、TPU等,PET、PP为硬质平板环保材质,PVC、TPU为软质材质。
印刷光栅线数:50 LPI、60 LPI、62 LPI、75 LPI、100 LPI。
光栅线数效果:50 LPI------------3D、Flip------------常用材料
60 LPI------------3D、Flip、Zoom、Twist、Animation
62 LPI------------3D、Flip、Zoom、Twist、Animation
75 LPI------------3D、Flip、Zoom、Twist、Animation------------常用材料
 100 LPI-----------3D、Flip------------常用材料

折射原理

利用光栅视觉软体把不同的图案转化成光栅线数,利用光栅折射的原理,在不同的角度呈现出不同的图案,如右图所示,不同规格的光栅会有不同的折射效果与折射角度,观赏距离也会有所不同,所以在设计光栅效果图档的时候,必须先了解光栅才能设计出符合光栅特性的设计图。

光栅视觉效果图的种类
光栅效果可以分为以下几种:立体[3D]、两变[Flip]、变大变小[Zoom]、爆炸[Explore]、连续动作[Animation]、扭转[Twist]....等,其实可以更简化分类为:立体[3D]、变图[Flip],在变图中就涵盖所有变化的效果,这些效果可以透过许多市面上的动画软体、绘图软体、网页多媒体软体,产生所需要的分解图档,经由光栅视觉软体将分解图合成为光栅线数即可将平面的效果做成立体[3D]、变图[Flip]的特殊效果。
3D Effect [立体影像]

注意事项:
1、图层必须独立且影像完整。
2、图档解析度300dpi。
3、档案格式必须为PSD档。[CMYK、RGB]皆可。
4、背景图层必须出血至少1CM。

物理光栅原理

光栅也称衍射光栅。是利用多缝衍射原理使光发生色散(分解为光谱)的光学元件。它是一块刻有大量平行等宽、等距狭缝(刻线)的平面玻璃或金属片。光栅的狭缝数量很大,一般每毫米几十至几千条。单色平行光通过光栅每个缝的衍射和各缝间的干涉,形成暗条纹很宽、明条纹很细的图样,这些锐细而明亮的条纹称作谱线。谱线的位置随波长而异,当复色光通过光栅后,不同波长的谱线在不同的位置出现而形成光谱。光通过光栅形成光谱是单缝衍射和多缝干涉的共同结果。

衍射光栅产生的光谱线的位置,可用式d·sinq=kl表示。式中d=狭缝宽度a+狭缝间距 b,称作光栅常数;q为衍射角,l是波长,k=0,±1,±2……是光谱级数。用此式可以计算光波波长。光栅产生的条纹具有强度大、条纹窄、彼此间隔宽的特点,有极好的分辨性能。因为利用光栅衍射可以精确地测定波长。衍射光栅的分辨本领R=l/Dl=kN。其中N为狭缝数,狭缝数越多明条纹越亮、越细,光栅分辨本领就越高。增大缝数N提高分辨本领是光栅技术中的重要课题。

最早的光栅是1821年由德国科学家夫琅和费用细金属丝密排地绕在两平行细螺丝上制成的。因形如栅栏,故名为“光栅”。现代光栅是用精密的刻划机在玻璃或金属片上刻划而成的。光栅是光栅摄谱仪的核心组成部分,其种类很多。按所用光是透射还是反射分为透射光栅、反射光栅。反射光栅使用较为广泛;按其形状又分为平面光栅凹面光栅。此外还有全息光栅、正交光栅、相光栅、炫耀光栅、阶梯光栅等。

种类

1、点阵式全像立体光栅
是一种新型的立体表现方式,(也叫矩阵立体光栅)它的材料、观看、制作不同于柱镜立体光栅材料和狭缝立体光栅材料,制作出来的图象可以从上下、左右看。科技含量相当高,目前美国、日本、台湾有这项全套技术,主要应用于防伪,还应用到显示屏,在不久的未来电视立体也会进入我们的家庭。由于点阵式全像立体光栅成像技术复杂,装置成本与制作成本高,仿冒难度大,近期还难以广泛使用,预计在以下领域应用较好:
1)、精品与贵重文物立体展示。
2)、 知名大企业、跨国公司集团形象展示,高档立体广告灯箱展示。
3)、名人、影视明星、明模大幅立体相片摄制。
4)、 高档名牌产品防伪印刷包装、标签。

2、柱镜光栅:表面有槽;
狭缝光栅:表面光滑,配合灯光效果极佳。有颜色。
常用分辨率:单位均为(像素/厘米),切不记错。

光栅主要有狭缝光栅柱镜光栅两类,狭缝光栅即线型光栅是最 早较为成熟的光栅,其成像原理为针孔成像的原理。因这种光栅比较容易制作,技术难度不大,所以在十几年前就有制作非常优美的大幅狭缝光栅立体灯箱广告出现。现今一些立体制作公司仍乐于用狭缝光栅立体灯箱参与展览,效果是不错,但狭缝光栅立体灯箱有以下缺陷:透光率仅 20-30% ,不环保,不节能,照明灯多耗能大,发热大,室外亮度不够,仅适用于室内。

柱镜光栅 种类繁多主要有板材和模材两大类,其成像原理为弧面透镜折射反射成像原理。柱镜光栅潜力较大,室内外打不打灯都可使用,市场普及率正不断扩大。光栅膜材曾一度因具有价格竞争力而风靡过一阵,但由于现在柱镜光栅板价格的逐步下降,以及膜材需要粘贴及技术还有待提高的原因使其竞争力未显突出。

鉴别方法

1、膜材正面(光栅面)圆弧成型稳定,排列均匀,放大观察圆滑,手摸有明显凸起感,背面平整、无压痕;劣质品达不到上述标准,尤其背面手感有明显凹入压痕者,易造成粘接发虚不实、解像力差、图像眼晕眼花,为伪劣次次品。
2、合格膜材线条成型顺直,无走斜扭曲现象。可打印直线检测,也可提起膜光栅对着窗户以窗格为参照,透光直接目测优劣。
3、合格品复合板后在指定厚度上均有准确聚焦,不合格产品、劣质品聚焦不准,指定4mm、5mm聚焦但大多是6mm、8mm才能聚焦成像,波动不稳,范围过大,这是劣质产品生产者经常遮盖的一点,实属购者一大误区。可用销售者提供的线距打印检测条辨别。

相关文献

 
 
2、光栅的缝间距一般为多少?

一般的光栅在一毫米内有几百至几千条狭缝,如常用衍射光栅是由宽为300纳米、缝的中心间距为900纳米的一些狭缝组成。晶格间距一般也在纳米级范围.

 

 

3、衍射光栅

衍射光栅(Diffraction grating)是一种由密集、等间距平行刻线构成的非常重要的光学器件,分反射和透射两大类。衍射光栅的精度要求极高,很难制造,但其性能稳定,分辨率高,角色散高而且随波长的变化小,所以在各种光谱仪器中得到广泛应用。

编辑摘要

基本信息 编辑信息模块

中文名:衍射光栅 英文名:Diffraction grating
相关公式:d·sinθ= n·λ 分类:反射和透射

目录

基本定义/衍射光栅 编辑

 

Diffraction grating——衍射光栅,通常简称为“光栅”,一种由密集﹑等间距平行刻线构成的非常重要的光学器件。分反射和透射两大类。它利用多缝衍射和干涉作用﹐将射到光栅上的光束按波长的不同进行色散﹐再经成像镜聚焦而形成光谱。天文仪器中应用较多的是反射光栅﹐它的基底是低膨胀系数的玻璃或熔石英﹐上面镀铝﹐然后把平行线刻在铝膜上。

 

基本构造/衍射光栅 编辑

光栅色散可用方程m=C(sini +sinϕ )描述﹐式中i为入射角﹐ϕ取正值﹐为衍射角。当衍射光与入射光在光栅法线同一侧i为正﹐反之为负﹔C为光栅常数﹐为一个整数。当入射角i 给定时﹐对于满足光栅方程的每个m值﹐都有相应的级光谱﹐每个波长的光能量分散在诸光谱级中。现代刻制光栅的技术﹐能使所有衍射光栅具有严格规定的形状和尺寸。选择适当入射角﹐可使所需的波长及其邻近波段的绝大部分(达70%)的光能量集中到预定的光谱级中。这种集中光能量的性质称为“闪耀”。起衍射作用的刻线槽面与光栅面的夹角β﹐称为闪耀角。具有这种性质的光栅称为闪耀光栅或定向光栅。另一方面﹐满足=……的不同光谱级次的谱线﹐在焦面上重叠。同所需谱线重叠的其他谱线﹐一般用有色玻璃隔去。光栅角色散﹐理论分辨本领R =λ /δλ =mN 。此处δλ 为可分辨的最小光谱单元宽度﹐N为刻线总数。

精度要求/衍射光栅 编辑

衍射光栅的精度要求极高﹐很难制造﹐但其性能稳定﹐分辨率高﹐角色散高而且随波长的变化小﹐所以在各种光谱仪器中得到广泛应用。天文光学仪器应用的光栅主要有﹕平面反射光栅﹕刻线密度一般每毫米300~1﹐500线﹐最常用的是每毫米600线﹐光谱级m ≦5。折轴恒星摄谱仪要求尽可能高的聚光能力﹐光栅面积愈大愈好﹐在低光谱级次工作。而太阳摄谱仪要求高色散和高分辨率﹐使用较高的光谱级次。目前使用有效的光栅刻线面的宽度在200~300毫米﹐最大可达600毫米。中阶梯光栅﹕是刻线密度较低的平面反射光栅﹐最常用的刻线密度是每毫米79线﹐具有较好的定向性能﹐闪耀角通常取为63°26′﹐工作于高光谱级次(m ≒40)。利用色散方向与它垂直的平面光栅分开重叠级次﹐可以得到二维结构的光谱图﹐应用到像管摄谱仪十分有利。由于中阶梯光栅的角色散是平面光栅的二倍或更多﹐因此使用它的摄谱仪结构紧凑。透射光栅﹕用作物端光栅。如将透射光栅刻制在棱镜斜面上﹐即成非物端光栅﹐多用于大望远镜。

实验原理/衍射光栅 编辑

根据夫琅禾费衍射理论,当一束波长为λ的平行光垂直投射到光栅平面时,光波将在每个狭缝处发生衍射,经过所有狭缝衍射的光波又彼此发生干涉,这种由衍射光形成的干涉条纹是定域于无穷远处的。若在光栅后面放置一个汇聚透镜,则在各个方向上的衍射光经过汇聚透镜后都汇聚在它的焦平面上,得到的衍射光的干涉条纹根据光栅衍射理论,衍射光谱中明条纹的位置由下式决定:(k=1,2,3,…)(1)

上式称为光栅方程,式中是相邻两狭缝之间的距离,称为光栅常数,λ为入射光的波长,k为明条纹的级数,是k级明条纹的衍射角,在衍射角方向上的光干涉加强,其它方向上的光干涉相消。

当入射平行光不与光栅平面垂直时,光栅方程应写为

(k=1,2,3,…)(2)

式中i是入射光与光栅平面法线的夹角。所以实验中一定要保证入射光垂直入射。

如果入射光不是单色光,而是包含几种不同波长的光,则由式(1)可以看出,在中央明条纹处(k=0、=0),各单色光的中央明条纹重叠在一起。除零级条纹外,对于其他的同级谱线,因各单色光的波长λ不同,其衍射角也各不相同,于是复色入射光将被分解为单色光,如图1所示。因此,在透镜焦平面上将出现按波长次序排列的单色谱线,称为光栅的衍射光谱。相同k值谱线组成的光谱就称为k级光谱。

相关文献

http://www.baike.com/wiki/光栅衍射

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