光柵

由大量等寬等間距的平行狹縫構成的光學器件稱為光柵（grating）。一般常用的光柵是在玻璃片上刻出大量平行刻痕製成，刻痕為不透光部分，兩刻痕之間的光滑部分可以透光，相當於一狹縫。精製的光柵，在1cm寬度內刻有幾千條乃至上萬條刻痕。這種利用透射光衍射的光柵稱為透射光柵，還有利用兩刻痕間的反射光衍射的光柵，如在鍍有金屬層的表面上刻出許多平行刻痕，兩刻痕間的光滑金屬面可以反射光，這種光柵稱為反射光柵。

基本介紹

• 中文名：光柵
• 外文名：grating
• 類別：光學器件
• 類別：柱鏡光柵等
• 組成：由大量等寬等間距的平行狹縫構成

基本信息

光柵是結合數碼科技與傳統印刷的技術，能在特製的膠片上顯現不同的特殊效果。在平面上展示栩栩如生的立體世界，電影般的流暢卡通片段，匪夷所思的幻變效果。光柵是一張由條狀透鏡組成的薄片，當我們從鏡頭的一邊看過去，將看到在薄片另一面上的一條很細的線條上的圖像，而這條線的位置則由觀察角度來決定。如果我們將這數幅在不同線條上的圖像，對應於每個透鏡的寬度，分別按順序分行排列印刷在光柵薄片的背面上，當我們從不同角度通過透鏡觀察，將看到不同的圖像。

三維

三維空間

光纖光柵

根據研究，我們人類的眼睛在觀察一個三維物體時，由於兩眼水平分開在兩個不同的位置上，所觀察到的物體圖像是不同的，它們之間存在著一個像差，由於這個像差的存在，通過人類的大腦，我們可以感到一個三維世界的深度立體變化，這就是所謂的立體視覺原理。 據立體視覺原理，如果我們能夠讓我們的左右眼分別看到兩幅在不同位置拍攝的圖像，我們應該可以從這兩幅圖像感受到一個立體的三維空間。從前面的分析中我們可以知道不同的觀察角度將可以看到不同的圖像。因如果我們將光柵垂直於兩眼放置，由於兩眼對光柵的觀察角度不同，因而兩眼會看到兩個不同的圖像，從而產生立體感。

三維效果

通常為了獲得更好的立體效果,往往不單以兩幅圖像製作，而是用一組序列的立體圖像去構成，在這樣的情況下，根據觀察的位置不同，只要同時看到這個序列中的兩副圖像，即可感受到三維立體效果。

動畫效果

將光柵平置於兩眼之間，注意兩眼對光柵的線紋角度要保持平行，因而兩眼看到的是同一個圖像，如果圖像是由一列連續動畫所構成，那么當雙眼上下移動或把光柵上下翻動時，雙眼與光柵的角度將發生變化，我們也將看到一個接一個的連續圖像，即看到一個動畫或變畫的效果。

英國renishaw光柵

光柵板

是指有一面被擠壓成圓柱形線條一面為完整平面的塑膠材料，且圓柱形線條間距相等謂之“光柵”此光柵平面可作為印刷之用途，使用光柵視覺軟體合成圖檔後，使用不同輸出設備輸出檔案，並與光柵貼合或直接印刷在光柵板上，就可以呈現如右圖所示的效果，讓動畫可以直接在平面的印刷上呈現出螢幕所看見的變圖效果。

角度光柵

在選擇適合的光柵板時，光柵彎曲的角度是非常重要的事，一般來說3D立體效果最理想的光柵是使用窄角度光柵板，它的視角大約在15°～44°之間的效果是最好的，如果要製作變圖或動畫的效果，寬角度光柵板的視角約44°～65°之間是最適合的光柵板。

光柵種類

在製作各種光柵視覺效果前，必須要先了解光柵的特性、種類、規格、厚度、尺寸、方向性等，才能仔細判別如何製作出精緻的光柵影像效果，就台灣市面上常用之光柵材料做分類，可分為以下幾種。

光柵直線自復位式位移傳

印刷光柵材質：PET、PP、PVC、TPU等，PET、PP為硬質平板環保材質；PVC、TPU為軟質材質。

印刷光柵線數：50 LPI、60 LPI、62 LPI、75 LPI、100 LPI。

光柵線數效果：50 LPI——3D、Flip——常用材料、

100 LPI——3D、Flip——常用材料

套用原理

折射原理

利用光柵視覺軟體把不同的圖案轉化成光柵線數，利用光柵折射的原理，在不同的角度呈現出不同的圖案，如右圖所示，不同規格的光柵會有不同的折射效果與折射角度，觀賞距離也會有所不同，所以在設計光柵效果圖檔的時候，必須先了解光柵才能設計出符合光柵特性的設計圖。

視覺效果

光柵效果可以分為以下幾種：立體[3D]、兩變[Flip]、變大變小[Zoom]、爆炸[Explosion]、連續動作[Animation]、扭轉[Twist]等，其實可以更簡化分類為：立體[3D]、變圖[Flip]，在變圖中就涵蓋所有變化的效果，這些效果可以透過許多市面上的動畫軟體、繪圖軟體、網頁多媒體軟體，產生所需要的分解圖檔，經由光柵視覺軟體將分解圖合成為光柵線數即可將平面的效果做成立體[3D]、變圖[Flip]的特殊效果。

注意事項：

1. 圖層必須獨立且影像完整。
2. 圖檔解析度300dpi。
3. 檔案格式必須為PSD檔，[CMYK、RGB]皆可。
4. 背景圖層必須出血至少1CM。

光柵原理

光柵也稱衍射光柵。是利用多縫衍射原理使光發生色散(分解為光譜)的光學元件。它是一塊刻有大量平行等寬、等距狹縫(刻線)的平面玻璃或金屬片。光柵的狹縫數量很大，一般每毫米幾十至幾千條。單色平行光通過光柵每個縫的衍射和各縫間的干涉，形成暗條紋很寬、明條紋很細的圖樣，這些銳細而明亮的條紋稱作譜線。譜線的位置隨波長而異，當複色光通過光柵後，不同波長的譜線在不同的位置出現而形成光譜。光通過光柵形成光譜是單縫衍射和多縫干涉的共同結果。

衍射光柵在螢幕上產生的光譜線的位置，可用式 表示。式中a代表狹縫寬度，b代表狹縫間距，φ為衍射角，θ為光的入射方向與光柵平面法線之間的夾角，k為明條紋光譜級數(k=0，±1，±2……)，λ為波長，a+b稱作光柵常數。用此式可以計算光波波長。光柵產生的條紋的特點是：明條紋很亮很窄，相鄰明紋間的暗區很寬，衍射圖樣十分清晰。因而利用光柵衍射可以精確地測定波長。衍射光柵的分辨本領R=l/Dl=kN。其中N為狹縫數，狹縫數越多明條紋越亮、越細，光柵分辨本領就越高。增大縫數N提高分辨本領是光柵技術中的重要課題。

最早的光柵是1821年由德國科學家J.夫琅和費用細金屬絲密排地繞在兩平行細螺絲上製成的。因形如柵欄，故名為“光柵”。現代光柵是用精密的刻劃機在玻璃或金屬片上刻劃而成的。光柵是光柵攝譜儀的核心組成部分，其種類很多。按所用光是透射還是反射分為透射光柵、反射光柵。反射光柵使用較為廣泛；按其形狀又分為平面光柵和凹面光柵。此外還有全息光柵、正交光柵、相光柵、閃耀光柵、階梯光柵等。

分光原理

由光柵方程 可知，對於相同的光譜級數m，以同樣的入射角α投射到光柵上的不同波長λ₁、λ₂、λ₃.....組成的混合光，每種波長產生的干涉極大都位於不同的角度位置；即不同波長的衍射光以不同的衍射角β出射。這就說明，對於給定的光柵，不同波長的同一級主級大或次級大（構成同一級光柵光譜中的不同波長譜線）都不重合，而是按波長的次序順序排列，形成一系列分立的譜線。這樣，混合在一起入射的各種不同波長的複合光，經光柵衍射後彼此被分開。這就是衍射光柵的分光原理。

光柵種類

點陣式全像立體光柵

是一種新型的立體表現方式（也叫矩陣立體光柵），它的材料、觀看、製作不同於柱鏡立體光柵材料和狹縫立體光柵材料，製作出來的圖象可以從上下、左右看。科技含量相當高，美國、日本、台灣有這項全套技術，主要套用於防偽，還套用到顯示屏，在不久的未來電視立體也會進入我們的家庭。 由於點陣式全像立體光柵成像技術複雜，裝置成本與製作成本高，仿冒難度大，還難以廣泛使用，預計在以下領域套用較好：精品與貴重文物立體展；知名大企業、跨國公司集團形象展示，高檔立體廣告燈箱展示；名人、影視明星、明模大幅立體相片攝製；高檔名牌產品防偽印刷包裝、標籤。

柱鏡光柵

1. 膜材：沒有介質，必須粘在有機板、玻璃上；玻璃又有不同的厚度，越厚，立體效果越明顯。
2. PET水晶模材：比PET膜材厚一些，一面光滑，一面發涉。
3. PET模材：比較溥；兩面發涉。

片材：厚度超過2.5mm稱為片材.低於2.5mm的稱為薄膜.（市場上的叫法）

板材：本身就有介質，不需要再加介質，價格比較昂貴，120元/平方。

狹縫光柵：表面光滑，配合燈光效果極佳。有顏色。

常用解析度：單位均為（像素/厘米），切不記錯。

光柵分類

光柵主要有：狹縫光柵和柱鏡光柵兩類，狹縫光柵即線型光柵是最早較為成熟的光柵，其成像原理為針孔成像的原理。 因這種光柵比較容易製作，技術難度不大，所以在十幾年前就有製作非常優美的大幅狹縫光柵立體燈箱廣告出現。現今一些立體製作公司仍樂於用狹縫光柵立體燈箱參與展覽，效果是不錯，但狹縫光柵立體燈箱有以下缺陷：透光率僅20～30%，不環保，不節能，照明燈多耗能大，發熱大，室外亮度不夠，僅適用於室內。

柱鏡光柵種類繁多主要有板材和模材兩大類，其成像原理為弧面透鏡折射反射成像原理。柱鏡光柵潛力較大，室內外打不打燈都可使用，市場普及率正不斷擴大。光柵膜材曾一度因具有價格競爭力而風靡過一陣，但由於柱鏡光柵板價格的逐步下降，以及膜材需要貼上及技術還有待提高的原因使其競爭力未顯突出。

鑑別方法

1. 膜材正面（光柵面）圓弧成型穩定，排列均勻，放大觀察圓滑，手摸有明顯凸起感,背面平整、無壓痕；劣質品達不到上述標準，尤其背面手感有明顯凹入壓痕者，易造成粘接發虛不實、解像力差、圖像眼暈眼花,為偽劣次次品。
2. 合格膜材線條成型順直，無走斜扭曲現象。可列印直線檢測，也可提起膜光柵對著窗戶以窗格為參照，透光直接目測優劣。
3. 合格品複合板後在指定厚度上均有準確聚焦，不合格產品、劣質品聚焦不準，指定4mm、5mm聚焦但大多是6mm、8mm才能聚焦成像，波動不穩，範圍過大，這是劣質產品生產者經常遮蓋的一點，實屬購者一大誤區。可用銷售者提供的線距列印檢測條辨別。

光柵光譜

勻排性

由光柵方程d（sinα±sinβ）=mλ可知，在衍射角不太大的情況下（如在一級光譜內，靠近光譜法線區域時），不同波長光譜線的位置基本上與其波長值成比例。因此，光柵光譜中的各個波長譜線排列比較均勻，並隨著波長值線性增加或減少，相應的光柵光譜線的位置（如離光柵法線的距離）也線性變化。

在稜鏡光譜中，由於不同波長的光線受到不同程度的折射而被色散。而稜鏡材料對不同波長的折射率變化是不與波長成線性的。稜鏡材料在短波方向的折射率的變化要比長波區的變化大得多。因此，稜鏡光譜中的譜線排列情況是不均勻的。在短波區，因dn/dλ大，譜線排列非常稀疏，而在長波區，則因dn/dλ小，譜線排列非常稠密。所以，同樣大小的波長差值，相應的譜線之間的距離，短波處要大於長波處。因此，我們說稜鏡在紫外區的色散要比可見、近紅外區的色散大。所以，有些紫外可見分光光度計（特別是高檔紫外可見分光光度計）都用石英稜鏡作前置單色器，就是這個道理。

光柵光譜的排列比較均勻，不同波長區中同樣波長差的兩根譜線之間的距離變化不太大。光柵光譜的勻排性不但使光譜更加整齊、勻稱，而且對定性分析時初步判斷、估計譜線的波長值等比較方便。

此外，在譜線的波長分布順序方面，光柵與稜鏡也是不同的；在光柵光譜中，波長越長的光線衍射角數值越大，譜線越偏離光柵法線。在稜鏡光譜中，波長越長的光線，偏向角越小，相應的譜線分布越接近入射角方向的位置。

級次重疊

由光柵方程可知，波長為λ的一級（m=1）光譜線，波長λ/2的二級（m=2）光譜線、波長為λ/3的三級（m=3）光譜線……都具有同樣的衍射角。即βλ，1=βλ/2，2=βλ/3，3=βλ/4，……m-1=βλ/m，這就是衍射光柵光譜的級次重疊。即衍射光柵在同一位置有不同級次的不同波長的光譜線。在寬波段範圍內進行高解析度光譜研究或光譜分析工作時，光柵光譜的級次重疊是非常明顯的，必須採取有力的措施，把不需要的波段隔離掉或濾掉；例如，採用前置單色器、採用相應波段的濾光片等。才能避免不需要級次光譜的干擾，才能保證紫外可見分光光度計的解析度和分析測試數據的準確性和可靠性。

多級次性

經稜鏡色散後形成的光譜，只是按波長次序排列成一個單一的光譜。而經衍射角光柵色散後形成的光譜，則是包含m=0，±1，±2，±3……所有級次光譜的總和。同一塊光柵對同一束入射複合光可在不同位置形成一系列不同級次的光譜；在m=0兩側有對稱分布的正級次光譜和負級次光譜。因此，光柵光譜的多級次性是原理性的、是本質的，是不可避免的。光柵的這個特性，將對光柵的套用產生許多相應的問題，它會直接對紫外可見分光光度計的光譜解析度和光譜的檢測造成困難，這是所有紫外可見分光光度計的設計者、製造者、使用者必須重視的問題。