CN116564168A - 一种新型的数字分光计及调节方法 - Google Patents
一种新型的数字分光计及调节方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116564168A CN116564168A CN202310580554.2A CN202310580554A CN116564168A CN 116564168 A CN116564168 A CN 116564168A CN 202310580554 A CN202310580554 A CN 202310580554A CN 116564168 A CN116564168 A CN 116564168A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- spectrometer
- adjusting
- mirror
- telescope
- objective table
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 53
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 35
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 11
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 11
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 abstract description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 102100024061 Integrator complex subunit 1 Human genes 0.000 description 1
- 101710092857 Integrator complex subunit 1 Proteins 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 239000005304 optical glass Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
- G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
- G09B23/00—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes
- G09B23/06—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for physics
- G09B23/22—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for physics for optics
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
- Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- Algebra (AREA)
- Educational Administration (AREA)
- Educational Technology (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明涉及光学实验与教学设备技术领域，具体涉及一种新型的数字分光计。光路***构件呈T型圆柱筒结构安装在分光计转轴内部，上端与载物台连接，下端通过轴承与分光计底座连接；光路***反射镜包括反射镜M1、反射镜M2以及分光板G；反射镜M1安装在分光计的T型圆柱筒内部，镜面与T型圆柱筒的中心轴线平行；分光板G安装在T型圆柱筒中心，与反射镜M1等高且与之成45°角；反射镜M2嵌入安装在载物台中心位置；PSD信号检测模块安装在T型圆柱筒结构一侧的突出端。本发明采光束光路重合原理实现望远镜光轴与分光计转轴垂直调节，将分光计调整过程数字化，比人眼直接观测光现象便捷、操作简单。
Description
技术领域
本发明涉及光学实验与教学设备技术领域，具体涉及一种新型的数字分光计。
背景技术
分光计使用前须严格调整以满足平行光管能发出平行光，望远镜能接收平行光；望远镜光轴和平行光管光轴共轴；望远镜光轴垂直分光计的中心旋转轴，传统的分光计普遍采用望远镜自准直法对载物台和望远镜分别各半调节，逐次逼近，从而实现望远镜光轴和中心转轴垂直。
分光计使用中最困难的是调节望远镜光轴与中心轴垂直，然而限于望远镜目镜视野小，且利用自准直方法进行的调节需要反复调试，调节过程十分不便捷，目前还没有数字化的分光计调节仪器，这是传统分光计使用中的短板。
发明内容
为了解决现有技术中目前还没有数字化的分光计调节仪器的问题，本发明提供一种新型的数字分光计，包括：光路***构件呈T型圆柱筒结构安装在分光计转轴内部，上端与载物台连接，下端通过轴承与分光计底座连接；反射镜包括反射镜M1、反射镜M2以及分光板G；反射镜M1安装在分光计的T型圆柱筒内部，镜面与T型圆柱筒的中心轴线平行；G板安装在T型圆柱筒中心，与反射镜M1等高；反射镜M2嵌入安装在载物台中心位置；PSD信号检测模块安装在T型圆柱筒结构一侧的突出端。本发明采光束光路重合原理实现望远镜光轴与分光计转轴垂直调节，将分光计调整过程数字化，比人眼直接观测光现象便捷、操作简单，同时，本发明还提出了一种新型数字分光计的调节方法。
本发明采用如下技术方案，一种新型的数字分光计，包括：
包括光路***构件、载物台、望远镜、平行光管、PSD信号检测模块、底座、连接构件以及反射镜，其特征在于：
光路***构件呈T型圆柱筒结构安装在分光计转轴内部，上端与载物台连接，下端通过轴承与分光计底座连接；反射镜包括反射镜M1、反射镜M2以及分光板G；反射镜M1安装在分光计的T型圆柱筒内部，镜面与T型圆柱筒的中心轴线平行；分光板G安装在T型圆柱筒中心，与反射镜M1等高；反射镜M2嵌入安装在载物台中心位置；PSD信号检测模块安装在T型圆柱筒结构一侧的突出端。
进一步的，新型数据分光计还包括角度测量与显示模块，该角度测量与显示模块通过连接孔外接于光路***构件。
进一步的，反光镜M1采用20mm×20mm×2mm的光学镜，安装时镜面与T型圆柱筒的中心轴线平行，且垂直于T型圆柱筒结构的突出端，并与该突出端的轴线等高。
进一步的，G板安装槽尺寸为30mm×2mm，与反射镜M1所在的平面成450角。
进一步的，T型圆柱筒结构一侧存在突出端的长度为40mm，PSD信号检测模块安装在该突出端，前置装有一个直径为30mm圆形滤光片。
进一步的，载物台包括两层，上层为载物台平面，下层为安装支架装置与台面调节旋钮。
进一步的，台面调节旋钮采用螺钉旋进，包括三个呈正三角形分布的调节旋钮，每个调节旋钮距离载物台的中轴线50mm。
进一步的，本发明还提出了一种新型数字分光计的调节方法，采用上述任一项所述的一种新型分光计，用于调节分光计中心转轴与望远镜光轴垂直，具体包括：
对PSD信号检测模块以及光源进行供电，获取PSD信号检测模块的输出信息，依次调节载物台下层的调节旋钮，直至PSD信号检测模块输出信息为零；
对望远镜进行聚焦，将45度反射镜配件放置于载物台上，调节望远镜俯仰角和位置，直至望远镜中出现的反射像与望远镜叉丝十字对齐。
进一步的，本发明提出的一种新型数字分光计的调节方法还用于调节望远镜与平行光管共轴：
调节平行光管的狭缝直至发出平行光，旋转狭缝到水平方向，调节平行光管的角度直至狭缝与望远镜的十字叉丝横线对齐。
进一步的，获取PSD信号检测模块的输出信息的方法为：
获取光源入射到PSD信号检测模块上之后记录到的两个光斑坐标；
获取每次调节载物台下层的调节旋钮后两个光斑坐标的偏移量，并将该偏移量转化为电信号；
将电信号经过放大运算后输入A/D转换的单片机，输出结果参数作为PSD信号检测模块的输出信息。
本发明的有益效果是：本发明提出分光计基于光路重合的调节新方法，由PSD检测并判断光路***的两束光路重合，完成分光计中心转轴与载物台平面垂直；通过载物台平面放45度反射镜配件后调节望远镜光轴与分光计中心转轴垂直；通过调节平行光管光轴与望远镜光轴共轴实现平行光管光轴与分光计中心转轴垂直；同时，运用PSD实现分光计数字化，并设计了独立的光电检测与转换电路，将光坐标信息转换为电流(电压)数字信息，使得在分光计操作时，诸如反射像难以寻找、调节过程繁杂等问题在本发明的仪器使用中不会再出现，将分光计调整过程数字化，比人眼直接观测光现象更加便捷、操作简单。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的一种新型的数字分光计结构示意图；
图2为本发明实施例的一种光路***构件结构示意图；
图3为本发明实施例的一种载物台的结构示意图；
图4为本发明实施例的一种光路原理示意图；
图5为本发明实施例的一种二维PSD结构示意图；
图6为本发明实施例的一种PSD光电信号工作流程图；
图7为图6中光电信号进行放大与归一化运算的流程示意图；
图8为本发明实施例的一种A/D转换流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
现有技术中还没有数字化的分光计调节仪器，这是传统分光计使用中的短板，本发明完全放弃分光计自准直方法与各半调节法，另辟新径，采光束光路重合原理实现望远镜光轴与分光计转轴垂直调节；运用二维PSD和设计的光电信号转换电路，实现调整过程数字化可视；
如图1所示，为本发明实施例的一种新型的数字分光计结构示意图，包括：光路***构件与载物台(1)，平行光管与望远镜(2)，PSD信号检测模块(3)，角度测量与数值显示模块(4)，底座与链接构件(5)，以及调整望远镜时使用的45度反射镜配件(6)；其中光路***构件与载物台(1)中主要包含光源S，分光板G(后续简称为G板)以及反光镜M1和M2，其中，反光镜M2安装在载物台平面上，是一个半反光半透光的光学镜，搭配PSD信号检测模块(3)和45度反射镜配件(6)进行调试；分光板G安装和反射镜M1安装分光计转轴内部的固定位置上，光源S安装在G板的下方，采用高亮的LED作为灯源，通过透镜后发出一束光；底座与链接构件(5)包括整机底座，平行光管与望远镜安装支架，其他连接构件。
在本发明的一个具体实施方式中，平行光管与望远镜(2)采用阿贝式望远镜，且目镜不需要灯源；PSD信号检测模块(3)采用HY0202型的PSD，前置加装有滤光片，配合光电信号检测与转换电路，采用数字式输出；角度测量与数值显示模块(4)采用施克DFS60系列角度绝对编码器，可以将测量数据值直接输出。
如图2所示，给出了本发明实施例的光路***构件结构示意图，光路***构件安装在分光计转轴内部，整体呈现T型圆柱筒结构，在一种具体实施方式中，该T型圆柱筒结构的内径为40.0mm，外径为48.0mm，上端与下端之间长15cm，上端与载物台可形成安装连接，下端与分光计底座通过轴承连接，设置有与角度测量与数值显示模块(4)安装的连接孔，有安装锁紧旋钮。
反光镜M1的安装槽位于T型圆柱筒内部，固定在与圆柱筒轴线平行的位置上，与突出段的轴线等高度且垂直，在一种具体实施方式中，反光镜M1的安装槽尺寸为20mm×20mm×2mm，反光镜M1采用20mm×20mm×2mm的光学镜，反光镜M1嵌在安装槽上，安装时需要确保反光镜M1的镜面与中心轴线平行；G板安装槽位于与反光镜M1等高度的位置，且与反光镜M1所在的平面成45°角，在一个具体实施方式中，G板的安装槽尺寸为30mm×30mm×2mm，安装时，G板以嵌入的方式安装在安装槽内；T型圆柱筒的突出端长40mm，PSD信号检测模块(3)安装在T型筒的突出端，前置直径30mm圆形滤光片。
载物台构件有两层，上层为载物台平面，下层为安装支架装置与台面调节旋钮，如图3所示，在一种具体实施方式中，载物台的上层平面是经过改进的，台面直径为80mm，台面中心位置有安装反光镜M2的安装槽，T型圆柱筒中的透射光入射到反光镜M2，经反光镜M2反射后再次回到G板，形成射向光屏的透射光束，反光镜M2采用直径30mm的圆形半反半透光学镜，安装时需确保反光镜M2的镜面与载物台面平行，反光镜M2随载物台面角度可调，同时反光镜M2上刻画有一个“+”线，与45度反射镜进行搭配，调节分光计望远镜光轴和平行光管光轴与中心转轴垂直；载物台下层为安装支架装置与台面调节旋钮，载物台使用时，需要安装到T型中空圆柱筒的上端，反光镜M2与G板和反光镜M1组成光路调节***，三个调节旋钮采用螺钉旋进，每个旋钮离载物台中轴线50mm，三个螺钉位置呈正三角形分布，通过调节旋钮的螺钉实现载物台平面的角度调节。
进一步的，本发明新型分光计中的角度测量与数值显示模块为绝对角度编码器，当前编码器的种类很多，普遍是智能型的，有各种并行的接口可以与其它设备通讯，编码器产生的电信号可经过可编程逻辑控制器PLC或控制***等进行处理，本发明采用施克DFS60系列角度绝对编码器，该系列角度编码器测角范围在0°～360°，分辨率为16位，通过光电传感器将角度变化转化为占据216个不同位置的比例变化的电信号，在转动到任意位置时，该位置就只有唯一的一个数字编码相对应；将一周360°分成216个不同位置，相邻两个位置间距为360×3600″÷216≈19.7753″，精度可以达为20″，使用分辨率为20″的角度编码器，角度测量的数字显示功能就得以实现。
由于绝对角度编码器中每个位置就只有唯一的一个数字编码与之相对应，在转轴转动过程中分别记录到不同的编码就可以测量到数据，角度编码器通过线路与数据显示模块中“测量”端口连接，模块中设置存储与查询功能，通过“显示输出”查到最近两次测量数据，差值就是转动角度值，上述功能的实现其电路简单，本发明不再累述，通过采用精度高的角度编码器，数据测量简单而准确，便于实验中多次测量和大量采集数据。
在一种具体实施方式中，本发明的光源S采用高亮的LED(DC 3V)，安装在G板的下方与中心转轴平行，光源S发出的光经过凹面镜后，通过透镜组后得到一束亮光照射到G板。
作为拓展，本发明还可在望远镜加载CCD成像模块与调节控制模块。通过在望远镜目镜段加装CCD成像设备和调节控制模块后配合电机来实现分光计自主调整与测量，可以拓展数字分光计的应用场景和提升使用便利程度。
本发明中一种新型的数字分光计结构设计的光路原理为：如图4所示，反光镜M1和反光镜M2为光学平面反射镜，G板为两面平行的透明光学玻璃板，且背表面镀有半透明的薄银层，可形成半反射半投射层；光线入射到G板上会被分为反射光和透射光两部分，设定光线从空气介质以α角入射到折射率为n的G板时，在板内部产生的折射光线角度为i，取空气介质折射率n0，根据几何光学的折射定律由于G板两表面平行，光线将以ɑ角折射出G板；设折射部分的光线以β角入射到反光镜M2，反射部分的光线以β′入射到反光镜M1，若反光镜M1与反光镜M2之间夹角为θ，当G板与反光镜M1成45度角时，则G板与反光镜M2成角。根据反射定律可得：/>经反光镜M2反射后，折射光线又入射到G板上，设入射角为γ，同样，设反射部分的光线经反光镜M1反射后，入射到G板的入射角为γ′，由几何关系可得：γ＝α+2β，γ′＝α+2β′，由此可以得出，当反光镜M1与反光镜M2相互垂直时，即/>可得到：β＝β′，γ＝γ′，据此可以得出，光线经分光G板后形成反射光与透射光两部分，这些光线在各自传播方向遇到反射镜反射后再次回到G板，由于两个方向上的反射镜在空间是相互垂直的，最后在出射方向产生的反射光与透射光的光路必定重合，而且这种光路重合的结果不会随着入射光线角度ɑ的变化而变化。
基于这一光路特点，本发明将反光镜M1安装在中心旋转轴处，将反光镜M2安装在载物台平面上，利用二维PSD检测两束光线的位置，由光电信号转换电路将位置坐标数字化显示；通过PSD输出信息来判断中心转轴与载物台平面垂直关系，进而实现望远镜光轴与中心转轴垂直、平行光管与望远镜共轴调整。
进一步的，本发明提出了一种新型数字分光计的调节方法，基于上述的一种新型分光计，用于调节分光计中心转轴与望远镜光轴垂直，具体包括：
对PSD信号检测模块以及光源进行供电，获取PSD信号检测模块的输出信息，依次调节载物台下层的调节旋钮，直至PSD信号检测模块输出信息为零；
对望远镜进行聚焦，将45度反射镜配件放置于载物台上，调节望远镜的俯仰角和位置，直至光源经过反射后在望远镜中出现的反射像与望远镜叉丝十字对齐。
同时，本发明提出的一种新型数字分光计的调节方法还用于调节望远镜与平行光管共轴：
调节平行光管的狭缝直至发出平行光，旋转狭缝到水平方向，调节平行光管的角度直至狭缝与望远镜的十字叉丝横线对齐。
由此，本发明进行数字分光计的调节步骤可包括为：
S1.打开电源开关，通过工作电路分别给PSD和实验光源装置供电。
S2.观察测试仪面板上显示的PSD输出信息，正常情况下输出结果不为零，调节载物台下面的旋钮，观察测试仪面板上显示的PSD输出信息变化。当数值逐渐变小时，继续沿同一方向调节旋钮，当数字出现变大时，沿相反方向调节旋钮；再交换载物台下方另一个旋钮，同样过程调节，直到将测试仪面板上显示的PSD输出信息调整到零。
S3.调节好望远镜使之能看清分划板叉丝和聚焦无限远。
S4.将45度反射镜配件放置到载物台上，转动望远镜对向镜面，观察望远镜中是否有反射像。可依次调节望远镜俯仰角和位置，找到反射像，精确调节反射像“+”与望远镜叉丝十字对齐；此步骤实现望远镜光轴垂直分光计中心转轴。
S5.调节平行光管狭缝到合适的缝宽度，调节使平行光管能发出平行光。保持望远镜光轴不动，旋转狭缝到水平，调整平行光管角度使狭缝与望远镜十字叉丝横线对齐；此步骤实现望远镜与平行光管共轴，进而实现平行光管光轴垂直分光计中心转轴。
本发明中PSD光斑位置与光电流的关系为：在二维PSD光敏面上设置两对电极，其位置分别标记为X1,X2和Y1,Y2，中间位置是电源的公共接口，如图5所示，给出了二位PSD的结构示意图，表面P型电阻层可反馈x轴方向显示位置的电流(电压)以及y轴方向显示位置的电流(电压)，当无外置电压时，光电材料表面由于光电效应产生的电流可在电阻薄层向四面八方流动，在垂直的两个方向上成对设置的电极将光电流收集，将分别形成四个电流分量，设中心位置为参考点，光斑在平面上的二维坐标记为(x,y)。在x轴方向上产生的微电流表示和/>在y轴方向上产生的微电流/>可以看出，PSD器件上光斑作为输入的模拟信号，每个光电流的分量与总的光电流大小实际上仅与光点位置和光强有关，与光斑尺寸大小，是否对称等无关，在入射光点的位置不变化时，每个端口输出的电流与入射光的强度成比例；在入射光的强度不改变时，每个端口的输出电流与入射光点到PSD中心的距离成线性关系，即在每一个方向上偏离原点越多，该方向的电流也越大；将两个电极的输出电流作如下处理：将电流分别做差与求和，再将电流做差的值与电流求和的值做商，设定ΔIx为x轴的PSD的位置输出信号，则有/>同样，ΔIy为y轴的PSD的位置输出信号，则/>这种将电流做归一化处理后，每个端口电流输出的变化只与光斑的位置坐标变化有关，进而实现位置的测量。
在一种具体实施方式中，本发明选用HY0202(2D-PSD，上海欧光)型的PSD，该型PSD最小分辨距离达到1μm，光敏有效面积为15mm×15mm，对波长380nm到1100nm之间的光波敏感，光电信号响应为0.8μs，还可在PSD前加载滤光片，降低光照强度对使用寿命的影响。
获取PSD信号检测模块的输出信息的方法为：
获取光源入射到PSD信号检测模块上之后记录到的两个光斑坐标；
获取每次调节载物台下层的调节旋钮后两个光斑坐标的偏移量，并将该偏移量转化为电信号；
将电信号经过放大运算后输入A/D转换的单片机，输出结果参数作为PSD信号检测模块的输出信息。
具体的，在本发明的一种具体实施方式中，光束入射到PSD上时正常情况可记录到两个主要光斑坐标，分别记为(x1,y1)和(x2,y2)，由于当载物台调整后总有一个光束坐标发生变化，将n次调节后PSD上的可变光斑坐标计为(xn+2,yn+2)，设两光斑到PSD中心位置的距离分别为A和B，将距离分解到x轴和y轴两个方向上后，x轴方向上的距离设为X，y轴方向上的距离设为Y，即A的参数为(XA,YA)，B的参数为(XB,YB)，体现在电流上为x轴方向上y轴方向上/>
任意一次调节载物台，前后两光斑的坐标(x1,y1)和(xn+2,yn+2)之间的偏移量与电流输出有如下关系：
调整前后的两个光斑的偏移量并转化为电信号，取ΔIx与ΔIy为正值时为高电平，取Ix和Iy为正值时为高电平，两次光斑位置信息采集到以后，通过放大运算将得到的电平信号与时钟序号编码输入到A/D转换的单片机进行逻辑分析，输出结果参数；PSD的光电流先经过放大与归一化后输入到A/D转换模块，经过逻辑运算变成电平信号，电平信号送达控制***为后续调节载物台平面提供指令参数和显示数值，工作流程如图6所示。
由于每一个PSD器件的能隙宽带是固定的，即光斑达到最边缘处所产生的光电流将是固定不变的，以x方向上光电流变化为例，经过转换为电压后，设置最大光电流所对应的最大电压为1V，通过8位分辨率的A/D转换芯片转换，其转换电压的精度可以算作1÷28≈0.004V，这样光斑在PSD上某一方向的最小偏移量响应电压只要保证两次相邻电压检测输出差值最小0.004V。
为防止坐标信号被干扰，适当放大光电流十分必要，因此光电信号放大与归一运算模块和A/D转换模块需要设计工作电路，如图7所示，X1,X2和Y1,Y2四个光电流分别先送到四个前置放大器，随后经过归一化处理的电流输入到A/D转换器。
在本发明的一种具体实施例中，A/D转换器选用AD C0809转换器，其是一个8道8位的逐次逼近型A/D，可输入8个端口的模拟信号分时进行A/D转换，光斑的位置(x,y)对应电流分别输入到ADC0809的INT0和INT1中，通过对ADC0809的A，B，C地址锁存端口的控制，依次对位置(x,y)的模拟信号进行转换，变成控制***单片机可以区分识别的电平数字信号，ADC0809转换流程如图8所示。
具体进行程序设定时，先将x坐标轴参数暂不调整，取y轴作为调节方向，根据y轴当前参数的符号与大小，先取y轴参数值的一半作为调节幅度，通过调节载物台以减小y轴参数值差，依次再分析x轴符号，保持y坐标轴参数暂不调整，取此时x轴参数差值的一半作为调节幅度调节载物台减小x轴参数差值，依次重复循环，直到PSD上两光斑完全重合在一个坐标点，即实现x轴方向上和y轴方向上电压同时归零。
本发明提出分光计基于光路重合的调节新方法，通过载物台平面放45度反射镜配件后调节两束光路重合，完成分光计中心转轴与载物台平面垂直；同时，运用PSD实现分光计数字化，并设计了独立的光电检测与转换电路，将光坐标信息转换为电流(电压)数字信息，使得在分光计操作时，诸如反射像难以寻找、调节过程繁杂等问题在本发明的仪器使用中不会再出现，将分光计调整过程数字化，比人眼直接观测光现象更加便捷、操作简单。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种新型的数字分光计，包括光路***构件、载物台、望远镜、平行光管、PSD信号检测模块、底座、连接构件以及反射镜，其特征在于：
光路***构件呈T型圆柱筒结构安装在分光计转轴内部，上端与载物台连接，下端通过轴承与分光计底座连接；反射镜包括反射镜M1、反射镜M2以及分光板G；反射镜M1安装在分光计的T型圆柱筒内部，镜面与T型圆柱筒的中心轴线平行；分光板G安装在T型圆柱筒中心，与反射镜M1等高；反射镜M2嵌入安装在载物台中心位置；PSD信号检测模块安装在T型圆柱筒结构一侧的突出端。
2.根据权利要求1所述的一种新型的数字分光计，其特征在于：新型数据分光计还包括角度测量与显示模块，该角度测量与显示模块通过连接孔外接于光路***构件。
3.根据权利要求1所述的一种新型的数字分光计，其特征在于：反光镜M1采用20mm×20mm×2mm的光学镜，安装时镜面与T型圆柱筒的中心轴线平行，且垂直于T型圆柱筒结构的突出端，并与该突出端的轴线等高。
4.根据权利要求1所述的一种新型的数字分光计，其特征在于：分光板G的安装槽尺寸为30mm×2mm，与反射镜M1所在的平面成450角。
5.根据权利要求1所述的一种新型的数字分光计，其特征在于：T型圆柱筒结构一侧存在突出端的长度为40mm，PSD信号检测模块安装在该突出端，前置装有一个直径为30mm圆形滤光片。
6.根据权利要求1所述的一种新型的数字分光计，其特征在于：载物台包括两层，上层为载物台平面，下层为安装支架装置与台面调节旋钮。
7.根据权利要求5所述的一种新型的数字分光计，其特征在于：台面调节旋钮采用螺钉旋进，包括三个呈正三角形分布的调节旋钮，每个调节旋钮距离载物台的中轴线50mm。
8.一种新型数字分光计的调节方法，其特征在于：采用权利要求1-6任一项所述的一种新型分光计，用于调节分光计中心转轴与望远镜光轴垂直，具体包括：
对PSD信号检测模块以及光源进行供电，获取PSD信号检测模块的输出信息，依次调节载物台下层的调节旋钮，直至PSD信号检测模块输出信息为零；
对望远镜进行聚焦，将45度反射镜配件放置于载物台上，调节望远镜的俯仰角和位置，直至光源经过反射后在望远镜中出现的反射像与望远镜叉丝十字对齐。
9.根据权利要求8所述的一种新型数字分光计的调节方法，其特征在于：还用于调节望远镜与平行光管共轴：
调节平行光管的狭缝直至发出平行光，旋转狭缝到水平方向，调节平行光管的角度直至狭缝与望远镜的十字叉丝横线对齐。
10.根据权利要求8所述的一种新型的数字分光计，其特征在于：获取PSD信号检测模块的输出信息的方法为：
获取光源入射到PSD信号检测模块上之后记录到的两个光斑坐标；
获取每次调节载物台下层的调节旋钮后两个光斑坐标的偏移量，并将该偏移量转化为电信号；
将电信号经过放大运算后输入A/D转换的单片机，输出结果参数作为PSD信号检测模块的输出信息。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310580554.2A CN116564168A (zh) | 2023-05-23 | 2023-05-23 | 一种新型的数字分光计及调节方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310580554.2A CN116564168A (zh) | 2023-05-23 | 2023-05-23 | 一种新型的数字分光计及调节方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116564168A true CN116564168A (zh) | 2023-08-08 |
Family
ID=87485927
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310580554.2A Pending CN116564168A (zh) | 2023-05-23 | 2023-05-23 | 一种新型的数字分光计及调节方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116564168A (zh) |
-
2023
- 2023-05-23 CN CN202310580554.2A patent/CN116564168A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110186653B (zh) | 非成像***的光轴一致性校准和裂像定焦装调装置及方法 | |
| RU2670809C9 (ru) | Устройство измерения шероховатости поверхности | |
| US3737856A (en) | Automated optical comparator | |
| WO2020048148A1 (zh) | 一种基于光谱共焦传感器的表面疵病测量方法 | |
| CN108051005A (zh) | 目标空间位置和姿态的单个psd探测方法 | |
| CN112485805A (zh) | 一种激光三角位移传感器及其测量方法 | |
| CN109883324A (zh) | 研究背景光对基于psd的空间三维坐标测量影响的方法 | |
| JPH032806Y2 (zh) | ||
| CN116564168A (zh) | 一种新型的数字分光计及调节方法 | |
| CN116105638A (zh) | 一种u型转台同轴度检测***及检测方法 | |
| CN1936497A (zh) | 带图像处理***的轮廓测量投影仪 | |
| CN210513624U (zh) | 基于前置集束照明用于标定光学***焦面的装置 | |
| JPH0323856B2 (zh) | ||
| CN101320218B (zh) | 三扫描式硅片调焦调平测量装置、***以及方法 | |
| CN108534699B (zh) | 一种激光光幕靶距精确测量装置及测量方法 | |
| RU2437058C2 (ru) | Цифровой двухкоординатный динамический автоколлиматор | |
| CN113252313B (zh) | 一种用于检测激光轴和望远镜视准轴同轴度误差的装置 | |
| Rana et al. | A Non-contact Method for Rod Straightness Measurement Based on Quadrant Laser Sensor | |
| RU2252395C1 (ru) | Способ измерения линейного смещения объекта и устройство для его осуществления | |
| RU2269796C1 (ru) | Способ определения энергетической пороговой чувствительности многоканального сканирующего теплопеленгатора и тестовый объект для его осуществления | |
| CN110375962B (zh) | 基于前置集束照明用于标定光学***焦面的装置及方法 | |
| RU2091762C1 (ru) | Рефлектометр | |
| CN113916841B (zh) | 基于面光源发射和面阵接收的透射式能见度仪 | |
| CN118149967B (zh) | 采用双光轴平行光管的辐射光谱仪同光轴装调***及方法 | |
| Zhou et al. | Research of 3D spatial localizing system based on PSD sensor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |