CD как дифракционная решетка
Чувствительная матрица цифровой камеры регистрирует попадающий на нее свет. Каждый регистрирующий элемент матрицы обладает (должен, по крайней мере) чувствительностью ко всему видимому спектру. Для того, чтобы «создать» цветную цифровую картинку, нужно перед матрицей установить цветные фильтры и затем, зная координаты каждого из них, восстановить изображение. При этом, количество чувствительных элементов «делится» между всеми каналами, соответствующими используемым фильтрам. Обычно используются RGGB фильтры или CMY. Последние позволяют получить более чувствительную камеру (из светового потока вычитается только одна составляющая при CMY и две при RGB). Качество конечной цветной картинки определяется тем, насколько широк диапазон длин волн, регистрируемых матрицей, и насколько ее чувствительность постоянна к разным областям этого диапазона, качеством фильтров перед матрицей и работой электроники, восстанавливающей изображение. Если матрица обладает разной чувствительностью в разных областях видимого спектра, то сигнал нужно по-разному усилить и там, где требуется большее усиление, большим будет и шум.
Оценить качество цветопередачи камеры можно, сняв цветной эталон и сравнив результат съемки с оригиналом. Таким оригиналом может быть цветовая таблица или спектр, полученный разложением «белого света» призмой или дифракционной решеткой.
Для того, чтобы получить яркое и четкое изображение спектра, необходим источник «белого света» с непрерывным спектром, качественная решетка с шагом, соизмеримым с длиной волны (чем больше шаг решетки, тем сильнее сливаются цветные спектры с нулевым белым максимумом — предел простое отражение), «белый» отражающий экран. В качестве источника света можно использовать диапроектор с мощной галогенной лампой. А хорошей дифракционной решеткой может служить обычный лазерный диск. Шаг между соседними треками CD диска 1,6 мкм, а длины волн видимого спектра 0,4-0,7 мкм. Лучше использовать Аудио диск с хорошей металлизацией поверхности, хотя картинку можно снять и с записываемым «полупрозрачным». 
Собираем установку. Экран на стену, CD на штатив (любую подставку), проектор на стол. В проектор в фильмовый канал нужно ввести тонкую щель, чтобы изображение на экране было как можно более тонким и в то же время ярким. В качестве щели можно использовать два лезвия, поместив их в рамку для слайдов в одной плоскости. Неточность расположения в одной плоскости и дефекты краев сильно влияют на качество получаемого спектра. Ширина изображения щели на экране должна быть как можно уже (по крайней мере, уже отдельной «цветной» полосы), иначе «провалов» и прочих особенностей спектра не заметишь. Если используется узкопленочный проектор с короткофокусным объективом, то фокус надо наводить не по изображению «нулевого» максимума (белого), а по самому спектру (можно от решетки зеркалом спроецировать нулевой-белый максимум на то место, где находится цветной спектр и подстроить фокус).
Собрав установку приблизительно и наведя изображение щели на CD, гасим свет. В темной комнате легко найти радужные разводы на стенах и установить все элементы установки так, чтобы спектр оказался на экране и его можно было снять. После этого нужно подстроить фокусировку и снимать. Все цветные полосы спектра должны быть хорошо видны. Так как в качестве источника света используется лампа накаливания, то до съемки нужно вручную настроить баланс белого цифровой камеры по экрану, освещенному проектором.
Так как спектр источника света непрерывен, то и его разложенное изображение, полученное с помощью цифрового фотоаппарата не должно иметь провалов и прочих особенностей. Если камера воспроизведет весь спектр — отлично. Но, скорее всего, изображение, построенное по восстановлению сигнала с регистрирующей матрицы, за цветными фильтрами будет содержать не весь непрерывный спектр. И этот сфотографированный спектр будет демонстрировать реальные возможности камеры — то, что она видит и чего увидеть не может в принципе.
Если камера не видит цветную «линию» из спектра, то это не значит, что такой цвет не может быть передан на конечной картинке. Цвета изображения синтезируются из RGB или CMY как на экране монитора. Иначе говоря, Ваш фотоаппарат может правдоподобно передать цвета картинки из жизни, но картинка «окрашенная» (освещенная) линией, к которой он слеп, воспроизведена не будет.
Для примера приведены спектры, полученные камерой Nikon Coolpix 880.
В зависимости от того, на какую долю CD спроецировано изображение щели, можно получить разные картинки.
Слева спектр с ручной установкой баланса белого, справа — с автоматической установкой. Белые прямоугольники — области, из которых были взяты фрагменты для тестирования цветопередачи матрици.
Фрагменты спектров. Верхний соответствует ручной настройке баланса белого, нижний — автоматической. Приведены «полоски», соответствующие каналу L (яркость) из Lab Photoshop, RGB и каналов R G B в отдельности. Хорошо заметно, что при автоматической настройке баланса белого и использовании лампы накаливания в качестве источника света в синем канале информация почти не регистрируется. Видимые цвета RGB — такие же фильтры установлены перед чувствительной матрицей. В канале L хорошо заметно падение чувствительности на переходе красный-зеленый.
А вот по такому спектру легче навести фокус, но яркость его меньше и потому полученная картинка будет более «шумной».
Слева спектр с ручной установкой баланса белого, справа — с автоматической установкой. Белые прямоугольники — области, из которых были взяты фрагменты для тестирования цветопередачи матрици.
Фрагменты спектров. Верхний соответствует ручной настройке баланса белого, нижний — автоматической. Шумов добавилось, так как яркость картинки уменьшилась. Заметны дополнительные зоны чувствительности красного канала в синей области. Этому может быть два не исключающих друг друга объяснения: технологическая сложность создания чистого «красного» фильтра и способ «закольцевать» спектр и сделать камеру аппаратно чувствительной к пурпуру-фиолету.
Cd диск как спектральный прибор
Телескопы запись закреплена
Astro Channel видеоновости астрономии
Как сделать спектроскоп из CD или DVD диска?
Спектроскопия сыграла заметную роль в развитии науки и сегодня очень широко используется в физике, химии, астрономии. Именно при наблюдениях спектра Солнца был впервые открыт гелий (намного раньше, чем его обнаружили на Земле). По спектрам можно определить химический состав звезд и изучить их движение, многое узнать о физических процессах в их недрах. Это один из важнейших инструментов астрофизики. Но для многих опытов достаточно простейшего спектроскопа, который можно легко изготовить самостоятельно за полчаса из подручных материалов.
Основой простейшего спектроскопа может стать дифракционная решетка, изготовленная из CD или DVD диска.
Итак, нам понадобится обрезок кабель-канала из ПВХ длиной около 20 см (но можно использовать и другие подходящие профили), компакт-диск и одноразовый бритвенный станок. Наш спектроскоп предельно упрощен и не содержит никаких линз.
Сначала изготовим основу инструмента — дифракционную решетку. Её роль выполняет прямоугольник, вырезанный из компакт-диска. Компакт-диск можно использовать любого типа — CD, DVD, CD-R/RW или DVD-R/RW, но лучше взять незаписываемый CD или DVD с зеркальной рабочей поверхностью — такой диск лучше отражает свет и не будет вносить цветовых искажений.
Важнейшая характеристика дифракционной решетки — её период. Чем он меньше (чем больше штрихов приходится на один миллиметр) тем лучшее разрешение позволит получить решетка. В нашем случае роль штрихов решетки выполняют дорожки компакт-диска (расстояние между дорожками составляет для CD — 1.6 мкм, для DVD — 0.74 мкм) для улучшения характеристик мы расположим диск под малым углом к падающему лучу света. Такое расположение не только увеличивает разрешающую способность решетки, но и уменьшает влияние кривизны дорожек диска. В идеале на решетку должен падать параллельный пучок лучей, в настоящих спектрографах для этого служит специальная оптическая система — коллиматор. Но можно обойтись и без него, если щель будет располагаться относительно далеко (не менее 10..15 см) от решетки. Щель легко изготовить из двух лезвий, наклеенных на диафрагму-основание так, чтобы между ними оставался тонкий ровный просвет шириной около 0,2..0,3 мм. Наблюдать спектр, полученный после отражения от дифракционной решетки можно непосредственно глазом или фотографировать с помощью Web-камеры.
Конструкция прибора понятна из фото. В качестве передней стенки-диафрагмы и основы для щели я использовал черный пластик от папок-скоросшивателей (очень удобный материал для оптических самоделок!), в нем вырезано прямоугольное отверстие, на котором нужно закрепить лезвия щели. Их можно приклеить клеем типа "Момент" — это позволит до высыхания клея легко отрегулировать ширину щели. Из рабочей чсти поверхности компакт-диска ножницами или раскаленным ножом (будьте осторожны!) нужно вырезать прямоугольник со сторонами, параллельными радиусу и шириной 1,5..2 см. Лучше попробовать вырезать несколько таких деталей, посмотреть на отражения в них под осттрым углом и выбрать ту, которая имеет наименьшие искажения. Края детали, которые чаще всего деформируются при вырезании, можно заклеить полосками черной изоленты, вполне достаточно оставить рабочий участок шириной 5..10 мм. Это и есть дифракционная решетка. Наклейте её двухсторонним скотчем (клей может повредить покрытие) на клин из пробки или пенопласта (угол к направлению падения лучей должен составлять 20-25°) и закрепите в корпусе напротив отверстия в верхней крышке.
Желательно зачернить внутренние поверхности прибора и устранить возможные щели.
Спектроскоп готов!
Для проверки изготовленного устройства напрвьте его на любую энергосберегающую лампу — они имеют спектр, состоящий из нескольких ярких линий разных цветов. Спектр лампы накаливания, напротив, выглядит непрерывной радугой. Но наиболее интересный и доступный объект — Солнце. В его спектре легко можно увидеть основные линии поглощения (фраунгоферовы линии).
Для фотографирования спектров, конечно, можно использовать и компактный фотоаппарат или даже камеру мобильного телефона. В любом случае объектив камеры должен быть сфокусирован на щель спектроскопа, поэтому некоторые Web-камеры и телефоны, объективы которых не имеют возможности фокусировки, не подойдут для этой цели.
Обратите внимание, что на фото видны спектры трех порядков, причем второй и третий частично перекрываются, однако это обычно не мешает наблюдать спектральные линии. В солнечном спектре лучше рассматривать или фотографировать линии второго порядка, для более слабых источников света может оказаться удобнее спектр первого порядка.
Желаю успеха!
Простое определение цветового спектра ламп
Если вы хотите просмотреть цветовую гамму источника света в вашей студии, то есть дешевый и простой способ сделать это. Обычный CD или DVD-диск может помочь проделать этот трюк. Просто посмотрите на отражение света на поверхности диска. В данном случае диск выступает в качестве дифракционной решетки, что позволяет увидеть различные цветовые полосы.
Вот 8-минутный ролик, в котором Matthias Wandel демонстрирует данную технику с использованием различных ламп в его мастерской:
Используя этот трюк, вы можете увидеть, как различные типы ламп излучают различные длины волн. Вот еще кадр, сравнивающий лампу люминесцентную (слева) с светодиодную(справа) лампы:
Как вы можете видеть, люминесцентная лампа излучает не весь спектр цвета, в то время как светодиодные лампы охватывают все цвета.
Невооружённым глазом различия могут быть незаметны, но на снимках разница может быть существенной. Например, объекты будут выглядеть по-разному в черно-белых фотографиях в зависимости от того, какие источники света вы используете (Вандел демонстрирует это в видео выше).
Если у вас есть компакт-диск поблизости, попробуйте использовать его, чтобы проверить спектр, излучаемый лампами в вашей комнате.
Как вам такой эксперимент? Выкладывайте в комментариях ниже фото того, что у вас получилось и подписывайте, какой тип источника света использовался;)