[發明專利]用線陣CCD測光柵轉角定波長的裝置

無效

• 申請號: 02103885.6
• 申請日: 2002-04-10
• 公開（公告）號: CN1373351A
• 公開（公告）日: 2002-10-09
• 發明（設計）人: 王慶有;張盛彬
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/18
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所
• 代理人: 韓素琴

?????????????????????????技術領域

本發明屬于測量分析儀器，更具體的說是涉及一種用線陣CCD測光柵轉角定波長的裝置。

?????????????????????????背景技術

現有的各種光柵光譜儀器，常采用步進電機與精密絲杠構成的正弦描機構帶動光柵旋轉，通過記錄步進電機轉動的步數，并結合精密絲杠的螺距來測定光柵的轉動角度，以確定譜面上的光譜波長。另外，也有在絲杠上安裝光柵尺或容柵尺等測微位移系統，通過測量正弦掃描機構的轉動量再計算光柵的轉角，測出譜面光譜的波長。前一種方法必須設置掃描機構的起始點，而且必須在開機后首先使正弦掃描機構回零(回到掃描機構的起始點)。這樣光譜儀在開機后，機器先要進行回零操作(不管光柵是否已經在預定位置)，然后再一步步地掃描到預定光譜位置上。顯然，這種光譜儀費時，且由于回零裝置的回零精度、精密絲杠的精度、精密絲杠與螺母配合造成的空回、步進電機丟步以及皮帶輪打滑等因素都要引入光譜測量誤差。后一種方法雖然克服了前一種方法回零的缺陷和皮帶輪、步進電機丟步等的缺點，但是，它依然解決不了絲杠與螺母配合的問題。

?????????????????????????發明內容

本發明的目的是解決現有技術中的不足，用線陣CCD測光柵轉角定波長的裝置。

用線陣CCD測光柵轉角定波長裝置的結構如下：

它是由光源、反光鏡、分光光柵、測譜線陣CCD、線陣CCD測光柵轉角系統、A/D數據采集卡和計算機構成。

光源設置在與測角線陣CCD像敏面和反光鏡的中線成同一水平平面內，且平行光線與水平線成一定的角度；光柵反光鏡為安裝在平面光柵上的平面反光鏡；平面反光鏡的鏡面與光柵平面平行。

利用線陣CCD直接測量光柵的轉角而不是間接測量光柵的轉角，通過測出的光柵轉角算出光譜儀譜面光譜波長。這樣，克服了普通光譜儀因轉動機構及轉動量測量機構所帶來的附加誤差，使光譜儀測譜的精度更高、速度更快。

與普通光譜儀的波長測量機構比較，用線陣CCD測光柵轉角定波長的裝置測量光譜波長的方法有以下特點：

1、經過測角CCD和測譜CCD聯合標定后，起始點M就被唯一確定，不存在起始點不確定性的問題，消除了轉動機構及轉動量測量機構引入的測譜誤差。

2.線陣CCD用于尺寸測量是非常有效、成熟的技術。因為線陣CCD本身具有高分辨率、高靈敏度、像素位置信息強，結構緊湊及其自掃描的特性，所以這種測量方法往往無需配置復雜的機械轉動機構，從而減少了誤差源，使測量更方便、準確。

3.儀器不需要在每次使用之前進行“復零”操作，而直接檢測出當前的閃耀波長，節省了“復零”操作時間，既方便了使用，又加快了測量速度。

?????????????????????????附圖說明圖1：線陣CCD測量光柵轉角的原理圖；圖2：光柵光譜儀結構示意圖；圖3：光譜儀測量光柵轉角的示意圖；圖4：反光鏡與光柵連接圖。

?????????????????????????具體實施方式下面根據附圖和原理對本發明作進一步詳細的說明：

用線陣CCD測光柵轉角定波長的裝置直接測量光柵轉角的原理如圖1所示，圖中直線AB為固定在光柵上的平面反光鏡的鏡面。一束矩形平行光投射在平面鏡轉動軸心O上，在反射光方向用一線陣CCD(或一組線陣CCD)接收反射光(圖中直線MP所示)，矩形平行光的中心線在CCD像面上的位置信息與光柵的轉角(也即與光柵的閃耀波長)有著一一對應的關系。

設矩形平行光的行進方向與水平方向的夾角為α，平面反光鏡的初始位置為AB，其法線為OP，這時矩形平行光的入射角與出射角均為α，OP長等于CCD像面到平面反光鏡轉動軸心O的距離。當AB轉過一個角度θ時，法線由OP轉到OQ位置，此時的入射角與出射角變為β。轉動前后的出射光線OM、ON的夾角γ與θ角有以下關系：

???????γ＝2α-2β＝2(α-β)＝2θ???????????????(1)