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分色棱镜。原图链接

分色棱镜是能将光线分解成两束不同波长(颜色)光的棱镜,通常由一个或多个棱镜依据光的波长选择性或光学涂层的反射、折射组合而成,可以选择出需要的波长。也就是说,棱镜的某些表面被作为二向色性过滤器,在许多的光学仪器中做为光束分束器。

概述

分色棱镜的一种套用是用于高品质的数位摄影或作为摄录像机。一种三色棱镜组是由二个二向色性的棱镜组合,可以分出红色、绿色、和蓝色的组合,因此可以做为CCD阵列。 分色棱镜能将光线分解成两束不同波长(颜色)光。由一个或多个棱镜依据二向色性光的波长选择性或光学涂层的反射、折射组合而成,可以依序分解出需要的波长(颜色)。因此,棱镜内部的某些表面被作为二向色性过滤器,在许多的光学仪器中作为光束分束器。

分色棱镜的一种应用是用于高品质的数位摄影或作为摄录像机。一种三色棱镜组是由二个二向色性的棱镜组合,可以分出红色、绿色、和蓝色的组合,因此可以作为CCD阵列。

分色原理

一束光线射入第一个棱镜(A),蓝色成分的光束被低通滤镜的涂层(F1)反射。蓝光是波长短的高频光,而波长更长的低频光可以通过。蓝光经由棱镜另一面全反射后,由棱镜A射出。其馀的光线进入棱镜(B),然后被第二个涂层(F2)分裂,红光被反射,而波长较短的光能够穿透。红光同样经过棱镜A和B之间的一个细小的空气隙全反射,其馀的绿色成分的光线则进入棱镜C。 三色棱镜组合也可以反过来应用在投影机上,将红、绿、蓝三色结合构成一幅彩色的图像。

分色棱镜是能将光线分解成两束不同波长(颜色)光的棱镜,通常由一个或多个棱镜依据光的波长选择性或光学涂层的反射、折射组合而成,可以选择出需要的波长。也就是说,棱镜的某些表面被作为二向色性过滤器,在许多的光学仪器中做为光束分束器。一种套用是用于高品质的数位摄影或作为摄录像机。一种三色棱镜组是由二个二向色性的棱镜组合,可以分出红色、绿色、和蓝色的组合,因此可以做为CCD阵列[1]

棱镜

棱镜,在光学中是一种透明的光学元件,抛光与平坦的表面能折射光线。正确的表面角度取决于套用上的需求,传统的几何形状是以三角型为基础长方形为边的三棱柱。在口头上提到 棱镜时,通常都是指这种类型,但许多光学棱镜都不是这种形状的棱镜。只要是对波长透明的材料都可以用来制造棱镜,但传统上和外观上看都是以玻璃来制作。

棱镜可以将光线分裂成原来的成分,也就是光谱(在彩虹中的颜色),也可以用来反射或分裂成不同的偏振光。

应用

数位摄影

数字摄影,是指使用数字成像组件(CCD,CMOS)替代传统菲林来记录视频的技术。配备数字成像组件的相机统称为数位相机。对于数码摄影来说,光学视频的捕获依然运用小孔成像原理,但其将投射其上的光学视频转换为可被记录在存储介质(CF卡,SD卡)中的数字信息。其成像可被生成标准的点阵图图像格式,并借助如Photoshop等点阵图图像修描软体进行各种修改,并经由数字冲印或印表机输出为实物照片,或可用显示器,投影机,电子相册等展示工具直接展示,也可以直接转换为各种适用的格式用于网路发布或电子邮件传送。

相对于传统胶片,数码介质具有可循环使用,可直接观看拍摄视频,后期修改简易,免却冲印等特点,这十年间普遍被摄影界接纳并拥有很高的市场占有率。

二向色棱镜(三色分离棱镜)的透射率测量二向色镜的光学组件,它可以反射特定波长的光并透射其他波长的光。重瓣棱镜是结合了这些功能的棱镜。它将入射光分为三种RGB颜色,并沿不同方向分配它们,并内置于3CCD摄像机中。[2]

属性

薄膜光学

薄膜光学是光学的一个分支,处理各种很薄的光学材料(薄膜)。和薄膜光学有关的材料,其厚度需要在可见光波长的等级内(约500nm)。此厚度范围的薄膜因为光的干涉,以及薄膜、空间及物质间的折射率差异,可以有显著的折射特性,这些效应称为薄膜干涉,会影响光学材料折射及传输光的特性,像在肥皂泡及水上的油渍就会看到这类的情形。

更广义具有类似光学性质,但不是平面层状结构的周期性结构称为光子晶体。

在制造上,薄膜层可以由在基质(一般是玻璃)上沉积一层至多层薄膜而产生,一般会用像蒸发或溅射淀积等物理气相沉积方式,或是化学气相沉积法。

这类的薄膜常用来作光学镀膜,像是家用或车用的低辐射玻璃、玻璃上的增透膜、汽车车头灯的反光挡板,以及高精度的滤光器及镜子。这类镀膜的另一种套用是空间滤波器。

艺术

光绘艺术

艺术家 Stephen Knapp 所使用的玻璃片属于薄膜光学技术设计的色彩分离滤光片(二向色滤光片 Dichroic filter),就如同液晶投影机里面的多层镀膜分光镜,这是利用类似于七彩肥皂泡的薄膜干涉原理,借由45°入射角进来的光所造成的建设性干涉来反射某色光,从而将入射光色光,Stephen Knapp 所开发的艺术形式,除了使用不同滤光波长的彩色滤光片组(Dichroic filter sets)之外,也应用反射光束投射在墙上不同位置有不同的角度,来产生色彩的渐层变化。加上改变各镜面的放置角度,以及各色光的交错叠加之设计,从而形成光彩夺目的复杂图像。

分色棱镜,最简单的型式是在两个45°三棱镜中间夹入一片滤光片,这种称为二向色棱镜 Dichroic prism,若将2个二向色棱镜组合,即可形成三色棱镜(Trichroic prism)。

另外有一种可以将分光后的红、绿、蓝等光束形成彼此正交的 “X-Cube” 若使用多颗组合可以玩出很炫的效果,由于其中的多层镀膜除了可分光,也可以当作合光用途,因此这颗X-Cube就能拿来将RGB三原色组合成白光,亦即将原先分光的光路逆向来进行。

影片

二向色滤光片
beautiful trichroic prism magic 美丽的三色棱镜(Trichroic prism)
3LCD: Power of Three

参考资料

  1. 光绘艺术跟著郑大师玩科学
  2. 二向色棱镜(三色分离棱镜)的透射率测量日本神奈川工业技术学院