一种波长测量仪的制作方法

本发明涉及计算机测量与光电子技术领域，具体地，涉及一种波长测量仪。

背景技术：

双缝干涉、迈克尔逊干涉、衍射光栅、菲涅尔双棱镜等内容都是物理实验中经典的测量波长的方法，实验过程中明暗条纹的间距、清晰度导致条纹“涌入”或“涌出”条数判定都因机械精度的制约不可避免的存在较大误差。这些波长测量实验装置调节过程复杂，测量步骤繁琐，由此获得的测量结果并不理想。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种波长测量仪。

根据本发明提供的一种波长测量仪，包括：可替换光源组件、牛顿环仪、图像传感器、处理器；

所述牛顿环仪包括一平凸透镜和平面透镜，所述平凸透镜的凸面与所述平面透镜接触；

所述可替换光源组件包括具有相同出光角度的标准光源和待测光源，且所述标准光源和待测光源的出光光轴都与所述牛顿环仪的中心轴重合，所述标准光源和待测光源的出光垂直入射所述牛顿环仪的平凸透镜侧；

所述图像传感器用于在所述标准光源和待测光源入射情况下检测所述牛顿环仪的平面透镜上的干涉环信息并发送至所述处理器；

所述处理器用于根据所述干涉环信息和该图像传感器的分辨率确定所述标准光源和待测光源的干涉环的半径r_标、r_测，再根据波长计算公式r_Q²＝(n-1)Rλ，(r_n″)²＝(n-1)k，计算所述待测光源的波长相关系数k_测和标准光源的波长相关系数k_标，其中r″_n是图像传感器测得牛顿环半径，n是干涉级数，b是传感器放大倍数，s和s′分别是牛顿环物距、像距，5是平凸透镜的曲率半径；

根据所述待测光源的波长相关系数k_测和标准光源的波长相关系数k_标和标准光源的波长λ_标计算所述待测光源的波长

作为一种优化方案，所述干涉环信息包括像素半径r″_标、U″_测，所述处理器进一步用于根据所述像素半径r″_标、r″_测和该图像传感器的分辨率δ确定所述干涉环的半径：其中r_标、r_测，为第Q级干涉圆环半径。

作为一种优化方案，所述可替换光源组件包括光源安装座和第一透镜；所述标准光源或待测光源可拆卸地安装于所述光源安装座，使得所述标准光源或待测光源发出的光经过所述第一透镜折射后获得与所述牛顿环仪中心轴平行的出射光。

作为一种优化方案，所述可替换光源组件包括第一透镜、可翻转反射镜、所述标准光源、所述待测光源；

所述可翻转反射镜配置为翻转到预设位置将所述标准光源或所述待测光源发出的光反射入所述第一透镜，使得经过所述第一透镜折射后获得与所述牛顿环仪中心轴平行的出射光。

作为一种优化方案，所述标准光源和所述待测光源相对于所述第一透镜的主光轴对称设置。

作为一种优化方案，所述可替换光源组件包括第一透镜、棱镜、所述标准光源、所述待测光源；

所述棱镜配置为：

通过折射或全反射将所述标准光源发出的光反射入所述第一透镜，使得经过所述第一透镜折射后获得与所述牛顿环仪中心轴平行的出射光，或

通过折射或全反射将所述待测光源发出的光反射入所述第一透镜，使得经过所述第一透镜折射后获得与所述牛顿环仪中心轴平行的出射光。

作为一种优化方案，所述图像传感器包括电荷藕合器件图像传感器或互补性氧化金属半导体。

作为一种优化方案，还包括第二透镜；所述第二透镜设于所述牛顿环仪与所述图像传感器之间，所述牛顿环的平行透镜侧的平行的出射光通过所述第二透镜汇聚后入射所述图像传感器的探头中。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明提供的波长测量仪结构简便，波长测量方法简单，使用牛顿环仪使得测量精确度高，计算波长公式的建立，省略了定标过程。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：

图1是可选的一种波长测量仪的实施例结构示意图；

图2是可选的一种可替换光源组件的结构示意图；

图3是可选的另一种可替换光源组件的结构示意图。

具体实施方式

下文结合附图以具体实施例的方式对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，还可以使用其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行结构和功能上的修改，而不会脱离本发明的范围和实质。

在本发明提供的一种波长测量仪的实施例中，如图1所示，包括：可替换光源组件、牛顿环仪、图像传感器、处理器；

所述牛顿环仪包括一平凸透镜和平面透镜，所述平凸透镜的凸面与所述平面透镜接触；

所述可替换光源组件包括具有相同出光角度的标准光源和待测光源，且所述标准光源和待测光源的出光光轴都与所述牛顿环仪的中心轴重合，所述标准光源和待测光源的出光垂直入射所述牛顿环仪的平凸透镜侧；

所述图像传感器用于在所述标准光源和待测光源入射情况下检测所述牛顿环仪的平面透镜上的干涉环信息并发送至所述处理器；

所述处理器用于根据所述干涉环信息和该图像传感器的分辨率确定所述标准光源和待测光源的干涉环的半径r_标、r_测，再根据波长计算公式r_n²＝(n-1)Rλ，(r_n)²＝(n-1)k，计算所述待测光源的波长相关系数k_测和标准光源的波长相关系数k_标，其中r″_n是图像传感器测得牛顿环半径，n是干涉级数，b是传感器放大倍数，s和s′分别是牛顿环物距、像距，R是平凸透镜的曲率半径；

根据所述待测光源的波长相关系数k_测和标准光源的波长相关系数k_标和标准光源的波长λ_标计算所述待测光源的波长

本发明上述不带下标的变量表示可以用于标准光源计算和待测光源计算的通用公式变量。

所述干涉环信息包括像素半径r″_标、r″_测，所述处理器进一步用于根据所述像素半径r″_标、r″_测和该图像传感器的分辨率δ确定所述干涉环的半径：其中r_标、r_测，为第Q级干涉圆环半径。

作为第一种实施例，所述可替换光源组件包括光源安装座和第一透镜；所述标准光源或待测光源可拆卸地安装于所述光源安装座，使得所述标准光源或待测光源发出的光经过所述第一透镜折射后获得与所述牛顿环仪中心轴平行的出射光。本实施例中所述光源安装座与所述第一透镜的相对位置保持固定，先安装所述标准光源检测获得标准的干涉环的半径信息，然后再拆下所述标准光源，安装上所述待测光源检测获得对应的干涉环的半径信息，从而进行待测波长的公式计算。本实施例结构简单易于搭建，但是由于标准光源和待测光源都需要在测量过程中进行拆卸替换，因此可能因安装结构的差异引入一定误差。

作为第二种实施例，如图2所示，所述可替换光源组件包括第一透镜、可翻转反射镜、所述标准光源、所述待测光源；

所述可翻转反射镜配置为翻转到预设位置将所述标准光源或所述待测光源发出的光反射入所述第一透镜，使得经过所述第一透镜折射后获得与所述牛顿环仪中心轴平行的出射光。

如图2所示，所述标准光源和所述待测光源相对于所述第一透镜的主光轴对称设置。

第二个实施例中，通过所述可翻转反射镜的转动达到对第一透镜的选择性入射，可选择先反射所述标准光源发出的光，再翻转为反射所述待测光源发出的光。为了节约电能且避免杂散光的干扰，在将所述标准光源发出的光反射入第一透镜时，可以关闭所述待测光源。同样，在将所述待测光源发出的光反射入第一透镜时，可以关闭所述标准光源。本实施例中无需对标准光源和待测光源的位置进行调准，仅仅需要确保所述可翻转反射镜的两个翻转位置准确就能保证最终的波长测量结果的准确。

作为第三个实施例，如图3所示，所述可替换光源组件包括第一透镜、棱镜、所述标准光源、所述待测光源；

所述棱镜配置为：

通过折射或全反射将所述标准光源发出的光反射入所述第一透镜，使得经过所述第一透镜折射后获得与所述牛顿环仪中心轴平行的出射光，或

通过折射或全反射将所述待测光源发出的光反射入所述第一透镜，使得经过所述第一透镜折射后获得与所述牛顿环仪中心轴平行的出射光。

在第三个实施例中，由于棱镜可以通过折射和全反射改变光路方向，因此可以如图3所示的，通过折射的方式将一路光折射入所述第一透镜中，通过全反射的方式将另一路光反射入所述第一透镜中。在该实施例中，先打开所述标准光源入射获取标准光源的干涉环信息，再关闭所述标准光，打开所述待测光源，获取所述待测光源的干涉环信息。由于整个过程仅需要开关标准光源和待测光源，而无需对光路中任一器件进行移动，因此只要事先将光路调准，确保标准光源和待测光源的入射角度和位置一致，就可以获得最为精确的波长测量结果。

作为一种图像传感器的实施例，所述图像传感器包括电荷藕合器件图像传感器(CCD)或互补性氧化金属半导体(CMOS)。CCD的优势在于成像质量好，但是由于制造工艺复杂，只有少数的厂商能够掌握，所以导致制造成本居高不下，特别是大型CCD，价格非常高昂。CMOS影像传感器的优点之一是电源消耗量比CCD低，CCD为提供优异的影像品质，付出代价即是较高的电源消耗量，为使电荷传输顺畅，噪声降低，需由高压差改善传输效果。但CMOS影像传感器将每一画素的电荷转换成电压，读取前便将其放大，利用3.3V的电源即可驱动，电源消耗量比CCD低。CMOS影像传感器的另一优点，是与周边电路的整合性高，可将ADC与讯号处理器整合在一起，使体积大幅缩小。

作为一种实施例，波长测量仪还包括第二透镜；所述第二透镜设于所述牛顿环仪与所述图像传感器之间，所述牛顿环的平行透镜侧的平行的出射光通过所述第二透镜汇聚后入射所述图像传感器的探头中。第二透镜主要作用是对牛顿环的平行透镜侧的出光进行汇聚，从而保证后续光路上的图像传感器能够获取完善的牛顿环影像。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。