[發明專利]電控定位光柵衍射成像儀

無效

• 申請號: 201310005635.6
• 申請日: 2013-01-08
• 公開（公告）號: CN103065534A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 張衛平;胡立坤;黃亦其;盧泉;黃宇陽;曾憲金;王春芝
• 申請（專利權）人: 廣西大學
• 主分類號: G09B23/22
• 分類號: G09B23/22
• 代理公司: 廣西南寧明智專利商標代理有限責任公司 45106
• 代理人: 黎明天

技術領域

本發明涉及一種光學衍射成像實驗儀，特別是一種通過電動控制光學元件精確移動來實現觀察光學元件對物體的消色散成像現象及測量相關參數的實驗儀器。

背景技術

現有論文“光柵的匯合光譜特性與雙光柵成象效應”（中國科學?G輯?2006,?36(5):?556~560）論述了一種實現繞障觀察圖像的方法，該方法利用兩光柵組成一成像系統，當來自物體的不同波長的物光波經第一片光柵（亦稱色散光柵）的衍射后色散為各級物光譜波，使其中某級物光譜波進入第二片光柵（亦稱匯合光譜光柵）并滿足該光柵的某級衍射光匯合光譜條件時，在第二片光柵后將得到匯合光譜光束，從中能觀察到消色散的原物體圖像，這是該文所述的雙光柵成象效應。該成像光路有一顯著的特點：成像光路呈“之”字形，因而可以實現“繞障觀物”。兩光柵與被觀察物的放置并不在一直線上，特別是第二片光柵必須位于第一片光柵的某級衍射光路中，而不同級的衍射光路有不同的衍射角度，在尋找成像的特定位置時，第二片光柵需沿著第一片光柵某級衍射光路移動，該移動路徑是平面的斜直線。

該成像方式新穎獨特，值得深入研究。該成像過程充分利用了光柵的衍射特性，包括光柵的色散特性及匯合光譜成像特性，反映了典型的衍射現象，具有明顯的教學意義。但不論是科研還是教學，對該現象的觀察與研究都需要專門的儀器，為此，廣西大學根據專利技術“衍射成象綜合實驗儀”（專利號：02290557.X）研制了專門的“雙光柵衍射成像儀”，并對本科生開設了雙光柵成像的新實驗（見論文“雙光柵衍射成像儀研制與使用”，實驗技術與管理,2011,第28卷第9期:57-59）。該雙光柵衍射成像儀中兩光柵成像時的定位是通過其支座在橫向軌道上移動，同時該橫向軌道在與之垂直的縱向軌道上移動而完成的。

然而，通過使用實踐發現，現有的雙光柵衍射成像儀的使用并不方便，存在的主要問題是：成像的第二片光柵需沿著第一片光柵某級衍射光路移動，該衍射光路為與橫向或縱向軌道有一定的夾角的位于平面的斜直線，由于該儀器中光柵移動定位是通過其支座在橫向軌道上移動，同時該橫向軌道在與之垂直的縱向軌道上移動而形成，因此需在移動過程中，保持橫向與縱向的移動速度比例一致，這對于只能手動操作的雙光柵衍射成像儀不易進行控制，不便使第二片光柵始終沿著該特定的平面斜直線方向移動而時有偏移，在實驗中光柵位置的偏差甚至超過10%，光柵定位不準確，當光柵需要轉動時手動調節轉角也不精確，工作量大且實驗效率低。

在現有的相關儀器設計中，還有一種“雙光柵成像觀察儀”（實用新型專利，專利號為CN?200720083179.7），雖然該結構裝置可以實現第二片光柵沿斜直線移動，可實現觀察雙光柵成像，但是該觀察儀存在的問題是：光柵的坐標位置不易確定，該儀器只便于觀察現象而不便于測量數據，而且手動調節確定導軌位置的操作不方便，定位不準確。

綜上所述，現有的光柵衍射成像實驗儀器存在由于手動操作移動光柵導致實驗效率、精度較低的問題，因此實現實驗儀器操作的自動化，提高實驗效率和精度，是本發明要實現的創新目標。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種電子控制定位光柵衍射成像儀，解決現有雙光柵衍射成像儀在使用中手動操作復雜、光學元件定位不準確，實驗效率低等問題。

本發明電控定位光柵衍射成像儀，包括光柵移動裝置和光學系統，所述光柵移動裝置包括縱向軌道、橫向軌道和滑動支座，橫向軌道置于與之垂直的縱向軌道上面，通過傳動機構沿縱向軌道來回移動，滑動支座置于橫向軌道上，通過傳動機構沿橫向軌道來回移動，轉動支架設置在滑動支座上，光學色散元件和匯合光譜元件安裝在轉動支架上，角度標示盤與指針分別與滑動支座、轉動支架共軸聯接；所述光學系統包括光源，觀察目標物、光學色散元件、匯合光譜元件、擋光板和望遠鏡，光柵移動裝置上安裝電控系統，控制光柵移動裝置的橫向軌道、滑動支座的來回移動，以及轉動支架的轉動。

所述電控系統包括電源、開關、單片機和人機接口、控制電路和電機驅動器，控制縱向行走驅動電機通過傳動機構驅動橫向軌道沿縱向軌道來回移動，控制橫向行走驅動電機通過傳動機構驅動滑動支座沿著橫向軌道來回移動；轉動驅動電機設置在滑動支座上，電控系統控制轉動驅動電機控制轉動支架轉動。單片機運行依光路衍射原理編制的電機控制算法，并完成人機接口的驅動與交互，人機接口包括了LCD顯示、設置鍵、操作控制手柄以及與上位機通信的接口。

所述滑動支座或橫向軌道的傳動機構為行走輪，或者同步帶。