光栅的衍射

光栅的衍射篇(一):光栅衍射原理

光栅衍射原理
光栅　　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。 　　一、何谓光栅板 　　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。 　　二、 窄角度光栅与宽角度光栅 　　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 3 D 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。 　　三、 市面常用之光栅种类与用途 　　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 　　光栅 设计图折射原理 　　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。　　物理上的光栅原理说明 　　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。
参 考 资 料1光栅衍射 实验原理  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）
或
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。

光栅的衍射篇(二):光栅的类型和结构

光栅的类型和结构
　　光栅是由很多等节距的透光缝隙和不透光的刻线均匀相间排列构成的光电器件。按照工作原理，光栅可分为物理光栅和计量光栅，物理光栅基于光栅的衍射现象，常用于光谱分析和光波长等测量；计量光栅是利用光栅的莫尔条纹现象进行测量的器件，常用于位移的精密测量。　　按用途和结构形式，计量光栅又可分为测量线位移的长光栅和测量角位移的圆光栅。实际应用时，计量光栅又有透射光栅和反射光栅之分，透射光栅是在透明光学玻璃上均匀刻制出平行等间距的条纹形成的，而反射光栅则是在不透光的金属载体上刻制出等间距的条纹所形成。本节主要讨论透射式计量光栅。　　透射光栅的结构如图12.1.1所示，a为刻线（不透光）宽度，b为缝隙（透光）宽度， W = a+b称为光栅的栅距，一般a=b，也可做成a:b=1.1:0.9。常用的透射光栅的刻线密度一般为每毫米10、25、50、100、250条线，刻线的密度由测量精度决定。
图12.1.1  透射光栅

光栅的衍射篇(三):牛肉泛绿光是肌肉纤维造成的光栅衍射效应

 如果你是一个肉食动物，应该经常遇到这样的情况：切开一块酱牛肉，发现肉表面出现绿色的金属光泽。这是怎么回事？是不是肉坏了？还能不能吃？对于这个问题，媒体采访的专家有不同的说法，有的说是变质了，有的说是因为饲料含有某些有害金属元素，也有的说是添加了违法的东西。实际上这种现象是正常的，来自光线的衍射。
光栅效应
你见过电缆吗？其实动物的肌肉组织和电缆长的差不多，就是一根一根的肌纤维绑在一起形成的。在你切肉的时候，肌纤维被切断，在断面上就形成了很多规则排列的凹凸状结构。当光线从合适的角度照射到这个断面时，就会发生一种光学效应，叫做“反射式光栅衍射”。于是，你就能看到像彩虹一样的颜色，包括从绿色、黄色到红色的各种色泽。实际上，这种效应并非只有牛肉才有，其实猪肉、羊肉、驴肉、狗肉、鸡肉、鸭肉、鱼肉都可以出现。此外，这种现象通常出现在熟肉，而不是生肉。
常见衍射现象
其实光的衍射效应在生活中并不少见，只不过你不太可能将它们和肉的反光联系到一起。比如电脑光盘的彩色反光，来自螺旋形排列的凹槽。鸟类羽毛的彩色反光，昆虫翅膀、体表的反光等等都是来自微观结构上同向排列的羽毛纤维或鳞片产生的衍射效应。
如果你不知道肉的绿色是不是光线衍射，可以教你一个简单的办法来确认。只需要稍微换一下观察的角度，如果是光栅衍射，色泽会发生变化，甚至消失。如果颜色不变，那就很可能是变质引起的。
绿色不全是衍射
肌肉纤维造成的光栅衍射效应有明显的金属样光泽，且肉本身并没有绿色。如果肉本身就变绿了，那就要小心，就像下面这个案例。
台湾东森新闻报道，几名女子在餐厅吃完打包回家的鸭肉，结果颜色变绿，吃了之后拉肚子，这显然和微生物污染有关。变色的原因很可能是细菌将部分蛋白质降解，其中的硫元素释放出来和铁、铜等金属离子形成黄绿色和黑褐色的硫化铁、硫化铜。还有一种特殊的情况，比如有报道说消费者买回家的鲜肉在暗处竟然可以发蓝绿色萤光。这并不是光栅衍射，而是来自荧光细菌的污染，通常和消费者储存不当有关。当然，如果肉没有明显的变质特征，稍微冲洗一下，做熟了吃其实也没问题。
（科信食品与营养信息交流中心）

光栅的衍射

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