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分色稜鏡。原圖鏈接

分色稜鏡是能將光線分解成兩束不同波長(顏色)光的稜鏡,通常由一個或多個稜鏡依據光的波長選擇性或光學塗層的反射、折射組合而成,可以選擇出需要的波長。也就是說,稜鏡的某些表面被作為二向色性過濾器,在許多的光學儀器中做為光束分束器。

概述

分色稜鏡的一種套用是用於高品質的數位攝影或作為攝錄像機。一種三色稜鏡組是由二個二向色性的稜鏡組合,可以分出紅色、綠色、和藍色的組合,因此可以做為CCD陣列。 分色稜鏡能將光線分解成兩束不同波長(顏色)光。由一個或多個稜鏡依據二向色性光的波長選擇性或光學塗層的反射、折射組合而成,可以依序分解出需要的波長(顏色)。因此,稜鏡內部的某些表面被作為二向色性過濾器,在許多的光學儀器中作為光束分束器。

分色稜鏡的一種應用是用於高品質的數位攝影或作為攝錄像機。一種三色稜鏡組是由二個二向色性的稜鏡組合,可以分出紅色、綠色、和藍色的組合,因此可以作為CCD陣列。

分色原理

一束光線射入第一個稜鏡(A),藍色成分的光束被低通濾鏡的塗層(F1)反射。藍光是波長短的高頻光,而波長更長的低頻光可以通過。藍光經由稜鏡另一面全反射後,由稜鏡A射出。其餘的光線進入稜鏡(B),然後被第二個塗層(F2)分裂,紅光被反射,而波長較短的光能夠穿透。紅光同樣經過稜鏡A和B之間的一個細小的空氣隙全反射,其餘的綠色成分的光線則進入稜鏡C。 三色稜鏡組合也可以反過來應用在投影機上,將紅、綠、藍三色結合構成一幅彩色的圖像。

分色稜鏡是能將光線分解成兩束不同波長(顏色)光的稜鏡,通常由一個或多個稜鏡依據光的波長選擇性或光學塗層的反射、折射組合而成,可以選擇出需要的波長。也就是說,稜鏡的某些表面被作為二向色性過濾器,在許多的光學儀器中做為光束分束器。一種套用是用於高品質的數位攝影或作為攝錄像機。一種三色稜鏡組是由二個二向色性的稜鏡組合,可以分出紅色、綠色、和藍色的組合,因此可以做為CCD陣列[1]

稜鏡

稜鏡,在光學中是一種透明的光學元件,拋光與平坦的表面能折射光線。正確的表面角度取決於套用上的需求,傳統的幾何形狀是以三角型為基礎長方形為邊的三稜柱。在口頭上提到 稜鏡時,通常都是指這種類型,但許多光學稜鏡都不是這種形狀的稜鏡。只要是對波長透明的材料都可以用來製造稜鏡,但傳統上和外觀上看都是以玻璃來製作。

稜鏡可以將光線分裂成原來的成分,也就是光譜(在彩虹中的顏色),也可以用來反射或分裂成不同的偏振光。

應用

數位攝影

數字攝影,是指使用數字成像組件(CCD,CMOS)替代傳統菲林來記錄視頻的技術。配備數字成像組件的相機統稱為數位相機。對於數碼攝影來說,光學視頻的捕獲依然運用小孔成像原理,但其將投射其上的光學視頻轉換為可被記錄在存儲介質(CF卡,SD卡)中的數字信息。其成像可被生成標準的點陣圖圖像格式,並藉助如Photoshop等點陣圖圖像修描軟體進行各種修改,並經由數字沖印或印表機輸出為實物照片,或可用顯示器,投影機,電子相冊等展示工具直接展示,也可以直接轉換為各種適用的格式用於網路發布或電子郵件傳送。

相對於傳統膠片,數碼介質具有可循環使用,可直接觀看拍攝視頻,後期修改簡易,免卻沖印等特點,這十年間普遍被攝影界接納並擁有很高的市場占有率。

二向色棱鏡(三色分離棱鏡)的透射率測量二向色鏡的光學組件,它可以反射特定波長的光並透射其他波長的光。重瓣棱鏡是結合了這些功能的棱鏡。它將入射光分為三種RGB顏色,並沿不同方向分配它們,並內置於3CCD攝像機中。[2]

屬性

薄膜光學

薄膜光學是光學的一個分支,處理各種很薄的光學材料(薄膜)。和薄膜光學有關的材料,其厚度需要在可見光波長的等級內(約500nm)。此厚度範圍的薄膜因為光的干涉,以及薄膜、空間及物質間的折射率差異,可以有顯著的折射特性,這些效應稱為薄膜干涉,會影響光學材料折射及傳輸光的特性,像在肥皂泡及水上的油漬就會看到這類的情形。

更廣義具有類似光學性質,但不是平面層狀結構的周期性結構稱為光子晶體。

在製造上,薄膜層可以由在基質(一般是玻璃)上沉積一層至多層薄膜而產生,一般會用像蒸發或濺射澱積等物理氣相沉積方式,或是化學氣相沉積法。

這類的薄膜常用來作光學鍍膜,像是家用或車用的低輻射玻璃、玻璃上的增透膜、汽車車頭燈的反光擋板,以及高精度的濾光器及鏡子。這類鍍膜的另一種套用是空間濾波器。

藝術

光繪藝術

藝術家 Stephen Knapp 所使用的玻璃片屬於薄膜光學技術設計的色彩分離濾光片(二向色濾光片 Dichroic filter),就如同液晶投影機裡面的多層鍍膜分光鏡,這是利用類似於七彩肥皂泡的薄膜干涉原理,藉由45°入射角進來的光所造成的建設性干涉來反射某色光,從而將入射光色光,Stephen Knapp 所開發的藝術形式,除了使用不同濾光波長的彩色濾光片組(Dichroic filter sets)之外,也應用反射光束投射在牆上不同位置有不同的角度,來產生色彩的漸層變化。加上改變各鏡面的放置角度,以及各色光的交錯疊加之設計,從而形成光彩奪目的複雜圖像。

分色稜鏡,最簡單的型式是在兩個45°三稜鏡中間夾入一片濾光片,這種稱為二向色稜鏡 Dichroic prism,若將2個二向色稜鏡組合,即可形成三色稜鏡(Trichroic prism)。

另外有一種可以將分光後的紅、綠、藍等光束形成彼此正交的 「X-Cube」 若使用多顆組合可以玩出很炫的效果,由於其中的多層鍍膜除了可分光,也可以當作合光用途,因此這顆X-Cube就能拿來將RGB三原色組合成白光,亦即將原先分光的光路逆向來進行。

影片

二向色濾光片
beautiful trichroic prism magic 美麗的三色稜鏡(Trichroic prism)
3LCD: Power of Three

參考資料

  1. 光繪藝術跟著鄭大師玩科學
  2. 二向色棱鏡(三色分離棱鏡)的透射率測量日本神奈川工業技術學院