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揭密真相

三稜鏡。原圖鏈接

三稜鏡是光學稜鏡中的一種形式,在外觀上呈現幾何的三角形,最常用於光線的色散,將光線分解成為不同的光譜成分。利用不同波長的光線因為折射率不同,在折射時會偏轉不同的角度,便會造成色散的現象。這種效應也被用來對稜鏡物質進行高精密度的折射系數測量。1666年牛頓發現太陽光經三稜鏡的折射後可呈現彩色光,稱為光的色散現象。

目錄

概述

物質的折射系數固然在不同的波長會有所不同,但有些物質的折射系數對波長的變化比其他物質強烈。稜鏡的頂角能夠影響到稜鏡色散時的特性。通常,要適當的選擇光線射入的角度和射出的角度,當角度接近布儒斯特角(Brewster angle)時,在折射時造成的損耗最小。

一束白光會分出不同顏色,一般就分為七種顏色,即紅、橙、黃、綠、藍、靛和紫。是光學稜鏡中最常見,也是一般人所熟知的,但並不是最常用到的稜鏡。文化應用上極為廣泛,曾出現在英國搖滾樂隊平克·佛洛伊德於1973年推出的《月之暗面》專輯的封面上。

發現

牛頓的色散實驗結果,可知白光是由多種顏色的光所組成。1801年,英國學者湯瑪士‧楊格首先研究人眼對顏色的感覺。他指出在可見光譜的位置排列上,只需選擇三種彼此有相當差距的基本色光,按不同的比例組合,幾乎可產生任何一種顏色。隨後德國學者赫爾曼·馮·亥姆霍茲在1856年至1867年,繼續深入對顏色的研究,確立了光的三原色理論。這三種基本色光的選擇並沒有特定的組合。傳統上,我們選擇紅、綠、藍三種色光作為光的三原色。圖顯示以相同強度的紅、綠、藍三原色的光,同時投射在白色光屏上的結果。中間的白色區域為三種色光共同混合而成。

功能

三稜鏡的橫截面呈三角形具有兩大光學特性:色散與偏折,因此鏡有這兩種基本應用方式:

創造彩虹

白光是由不同波長的各種光線複合而成的,在通過三稜鏡後會產生 「分裂」,變成不同顏色的光線,形成彩虹——這被稱為 「色散」 效應。利用這一效應,可以利用三稜鏡在拍攝作品中添加彩虹。無論是在拍人像時簡單地把彩虹打在臉上,還是充當靜物背景。用三稜鏡製造彩虹時,可以通過調整一些關鍵參數來改變獲取的彩虹效果。把彩虹直接打在人臉上,是三稜鏡在人像攝影中的常用玩法。在拍攝大頭照或半身照時,讓三稜鏡離主體遠一些,或增加稜鏡數量,使彩虹的面積更大,色散更自然。

三稜鏡尺寸越大,製造出的彩虹面積也越大;另外,距離三稜鏡越遠,彩虹的面積越大,但色彩同時也會變淡。還需要注意太陽高度的問題。如果需要一個長長的投影彩虹,需要在日出/日落時分拍攝[1]

改變光線方向

光線在通過三稜鏡時會大幅改變前進方向,當透過鏡體觀察時,會看到身邊約 90° 角的情景,利用這一特性,可以把兩個畫面疊加在一張照片中,創造類似雙重曝光的效果。三稜鏡與 「多重曝光」:三稜鏡的另一種用法是,把它當成外接濾鏡,拍攝鏡體內出現的折射圖像。通過改變鏡體到鏡頭的距離和轉動鏡體,你可以控制折射圖像的位置、畫面比例和數量。

鏡頭選擇

三稜鏡攝影最好使用廣角鏡頭和微距鏡頭。廣角鏡頭的視野更廣,可以在照片中納入更多景物,但存在一個問題:稜鏡的邊緣會變得很明顯,因為廣角鏡頭的虛化能力不夠強。微距鏡頭的虛化能力更強,同時對焦距離很近,你可以把鏡體貼近鏡頭,不讓拿著濾鏡的手出現在畫面中;三稜鏡中的圖像到背景的過渡也更自然。由於稜鏡的尺寸不會過大,即使你用了微距鏡頭,背景景物的比例仍然會很大。所以你需要對背景景物進行挑選——至少,不能讓它太雜亂。

拍攝一條隧道,一條道路,把觀眾視線集中向縱深處;或者選擇比較空的背景,用引導線比如說一堵磚牆,一片樹叢,,對稱構圖也是一個很好的策略,尋找大致對稱或左右相互呼應的景物,用三稜鏡把它從中央分開。確定了背景圖像以後,只需要旋轉稜鏡角度,在背景圖像中添加興趣點就好了。利用鏡體向畫面中添加人物肖像,可以先設計好構圖,再讓人物配合調整站位。

應用

普羅稜鏡

普羅稜鏡是光學上使用於光學儀器中,用來修改影像取向的一種折射式三稜鏡,他以發明者義大利的光學工程師伊納濟歐普羅來命名。普羅稜鏡是由玻璃塊塑造成的等腰直角三稜鏡,末端平面對著直角。在使用上,光線由三稜鏡中最大的長方形面進入,經過斜面的兩次全反射,再穿透原來的入射平面射出。因為光線只是以正常的狀態進出,三稜鏡並未發生色散的作用。

但是經過普羅稜鏡的影像會被翻轉180°,並且會向原來進入的方向行進,也就是行進的方向也改變了180°。但是因為圖像經過兩次的反射,所以旋向性是未改變的。普羅稜鏡最常被以雙普羅稜鏡的組合來成對使用,第二個稜鏡相對於第一個被旋轉90°。讓光線穿越這樣安置的兩片三稜鏡,稜鏡系統的淨效應是入射的光線被平行的改變行進方向,影像被旋轉180°,偏手性依然沒有變化[2]。普羅稜鏡是三稜鏡應用的一種,經過普羅稜鏡,入射光線與反射光線平行,但上下顛倒、左右相反,又屬於角落鏡(corner mirror)的一種。在小型的光學望遠鏡中,常利用這種普羅稜鏡來縮短鏡筒的長度(長度太長時,攜帶不方便),而可維持較大的放大倍率[3]

影片

p71製造彩虹 三稜鏡0707OK
三稜鏡色散
利用三稜鏡把陽光分成七種顏色的是哪位科學家?

參考資料