[发明专利]用线阵CCD测光栅转角定波长的装置

说明书

                         技术领域

本发明属于测量分析仪器，更具体的说是涉及一种用线阵CCD测光栅转角定波长的装置。

                         背景技术

现有的各种光栅光谱仪器，常采用步进电机与精密丝杠构成的正弦描机构带动光栅旋转，通过记录步进电机转动的步数，并结合精密丝杠的螺距来测定光栅的转动角度，以确定谱面上的光谱波长。另外，也有在丝杠上安装光栅尺或容栅尺等测微位移系统，通过测量正弦扫描机构的转动量再计算光栅的转角，测出谱面光谱的波长。前一种方法必须设置扫描机构的起始点，而且必须在开机后首先使正弦扫描机构回零(回到扫描机构的起始点)。这样光谱仪在开机后，机器先要进行回零操作(不管光栅是否已经在预定位置)，然后再一步步地扫描到预定光谱位置上。显然，这种光谱仪费时，且由于回零装置的回零精度、精密丝杠的精度、精密丝杠与螺母配合造成的空回、步进电机丢步以及皮带轮打滑等因素都要引入光谱测量误差。后一种方法虽然克服了前一种方法回零的缺陷和皮带轮、步进电机丢步等的缺点，但是，它依然解决不了丝杠与螺母配合的问题。

                         发明内容

本发明的目的是解决现有技术中的不足，用线阵CCD测光栅转角定波长的装置。

用线阵CCD测光栅转角定波长装置的结构如下：

它是由光源、反光镜、分光光栅、测谱线阵CCD、线阵CCD测光栅转角系统、A/D数据采集卡和计算机构成。

光源设置在与测角线阵CCD像敏面和反光镜的中线成同一水平平面内，且平行光线与水平线成一定的角度；光栅反光镜为安装在平面光栅上的平面反光镜；平面反光镜的镜面与光栅平面平行。

利用线阵CCD直接测量光栅的转角而不是间接测量光栅的转角，通过测出的光栅转角算出光谱仪谱面光谱波长。这样，克服了普通光谱仪因转动机构及转动量测量机构所带来的附加误差，使光谱仪测谱的精度更高、速度更快。

与普通光谱仪的波长测量机构比较，用线阵CCD测光栅转角定波长的装置测量光谱波长的方法有以下特点：

1、经过测角CCD和测谱CCD联合标定后，起始点M就被唯一确定，不存在起始点不确定性的问题，消除了转动机构及转动量测量机构引入的测谱误差。

2.线阵CCD用于尺寸测量是非常有效、成熟的技术。因为线阵CCD本身具有高分辨率、高灵敏度、像素位置信息强，结构紧凑及其自扫描的特性，所以这种测量方法往往无需配置复杂的机械转动机构，从而减少了误差源，使测量更方便、准确。

3.仪器不需要在每次使用之前进行“复零”操作，而直接检测出当前的闪耀波长，节省了“复零”操作时间，既方便了使用，又加快了测量速度。

                         附图说明图1：线阵CCD测量光栅转角的原理图；图2：光栅光谱仪结构示意图；图3：光谱仪测量光栅转角的示意图；图4：反光镜与光栅连接图。

                         具体实施方式下面根据附图和原理对本发明作进一步详细的说明：

用线阵CCD测光栅转角定波长的装置直接测量光栅转角的原理如图1所示，图中直线AB为固定在光栅上的平面反光镜的镜面。一束矩形平行光投射在平面镜转动轴心O上，在反射光方向用一线阵CCD(或一组线阵CCD)接收反射光(图中直线MP所示)，矩形平行光的中心线在CCD像面上的位置信息与光栅的转角(也即与光栅的闪耀波长)有着一一对应的关系。

设矩形平行光的行进方向与水平方向的夹角为α，平面反光镜的初始位置为AB，其法线为OP，这时矩形平行光的入射角与出射角均为α，OP长等于CCD像面到平面反光镜转动轴心O的距离。当AB转过一个角度θ时，法线由OP转到OQ位置，此时的入射角与出射角变为β。转动前后的出射光线OM、ON的夹角γ与θ角有以下关系：

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