CN104575210A - 基于ccd成像的分光计及其调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光学实验仪器，具体是一种基于CCD成像的分光计及其调节方法。一种基于CCD成像的分光计，包括望远镜，望远镜的目镜连接有CCD元件。本发明的调节方法，包括以下步骤：1、粗调水平；2、细调水平；3、调节载物台台面与分光计主轴垂直。本发明的基于CCD成像的分光计及其调节方法，运用了CCD成像原理，将分光计望远镜视野中的图像清晰的呈现在显示屏上，极大地扩大了观测视野，减轻了视疲劳，便于实验的观测与测量。此外，又在载物台和望远镜镜筒上各加上一个水准仪，极大地提高了粗调的精准度，进一步降低了调节的难度。在调节方法上，对三个调节螺丝采取“固一调二”的方法，大大降低了实验的操作难度，使调节实验更加简便而易于操作。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学实验仪器，具体是一种基于CCD成像的分光计及其调节方法。
背景技术
分光计，是一种测量角度的精密仪器。其基本原理是，让光线通过狭缝和聚焦透镜形成一束平行光线，经过光学元件的反射或折射后进入望远镜物镜并成像在望远镜的焦平面上，通过目镜进行观察和测量各种光线的偏转角度，从而得到光学参量例如折射率、波长、色散率、衍射角等。熟悉分光计的基本构造、调节原理、方法和技巧，对调整和使用其他光学仪器具有普遍的指导意义。并且分光计是一种十分重要的光学仪器，是其他光学实验的基础，在大学物理中的应用十分广泛。
现有的分光计存在以下缺陷和不足：第一，分光计构造复杂,装置较精密、结构复杂，供调整的螺钉就有十多个，如果一个螺钉调节不当，实验就可能不成功，调节要求也较高，往往不能在规定的时间内顺利完成；第二,在调节望远镜垂直仪器中心轴步骤中,反射绿十字高度的光路分析在许多教材和文献中很少涉及,学生摸索调节规律需要较长时间；第三，长时间通过小范围的镜筒观察会导致观察者视觉疲劳，致使实验无法完成；第四，由于调节步骤繁琐，实验中需要注意的问题较多，有些容易被忽略的问题直接影响着实验的成功与否。
发明内容
为了解决现有的分光计存在的问题，本发明提供一种基于CCD成像的分光计。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种基于CCD成像的分光计，包括望远镜，望远镜的目镜连接有CCD元件。
所述CCD元件通过支架与望远镜的目镜连接起来。
CCD元件通过数据线与显示屏连接。
所述望远镜的物镜上方安装有水准仪。
所述分光计的载物台的台面上安装有水准仪，所述水准仪的形状大小与载物台台面相同。
本发明还提供一种基于CCD成像的分光计的调节方法，该方法包括以下步骤：1、粗调水平
（1）调节载物台、望远镜等各螺丝，使其处于活动自如的中间状态，锁紧载物台，松开游标盘止动螺丝，松开望远镜止动螺丝，将刻度线“0”刻度调至望远镜下方后，锁紧刻度盘与望远镜联动螺丝；
（2）根据望远镜及载物台上的水准仪的位置，调节平行光管和望远镜的垂直方向的调节螺丝，使水准仪处于中央位置；再调节载物台台面下方的两个可调节螺丝，使台面上水准仪处于中央位置，经粗调，平行光管、望远镜、载物台台面大致水平，故与分光计主轴大致垂直；
2、细调水平
（1）待粗调完成后，将显示屏开关打开，将亮度、对比度调至适宜位置。观察显示屏上的像是否清晰且处于中央位置，若不是，调节目镜视度调节手轮使像清晰，调节载物台下方三个螺丝和望远镜的升降旋钮，使显示屏上能呈现既清晰又处于中央的像；
（2）将黑色游标盘转动180°，使载物台上光学平行平板随之转动，使台面上光学平行板的另一面正对望远镜，此时应同样可以看到一个清晰的亮十字像。若不能，重复步骤（2）-（1）；反复调节望远镜调焦手轮，以消除亮十字与准线之间的视察，锁紧目镜；
3、采用“固一调二”法调节载物台台面与分光计主轴垂直
将载物台下面的三个螺丝固定其中一个，保留另外两个螺丝。在调平过程中，将光学平行平板置于两个可调节螺丝连线的中垂线上，以对载物台进行前后的水平调节；再将光学平行平板置于两个可调节螺丝连线的平行线上，以对载物台进行左右的水平调节，使载物台台面与分光计主轴垂直。
本发明的基于CCD成像的分光计及其调节方法，运用了CCD成像原理，将分光计望远镜视野中的图像清晰的呈现在显示屏上，极大地扩大了观测视野，减轻了视疲劳，便于实验的观测与测量。此外，又在载物台和望远镜镜筒上各加上一个水准仪，极大地提高了粗调的精准度，进一步降低了调节的难度。在调节方法上，对三个调节螺丝采取“固一调二”的方法，大大降低了实验的操作难度，使调节实验更加简便而易于操作。
附图说明
图1 是本发明的基于CCD成像的分光计的结构示意图；
图2是图1中支架的展开平面示意图；
图3是各半调节法示意图；
图4是放置光学平行平板位置示意图。
具体实施方式
实施例1 如图1所示，一种基于CCD成像的分光计，包括望远镜1，载物台2，望远镜的目镜4上安装有支架5，支架5的结构如图2所示，CCD元件6安装在支架5里面，与望远镜的目镜4连接起来。CCD元件通过数据线连接显示屏。通过CCD元件将望远镜内的像呈现在显示屏上。在望远镜1的物镜上方安装有一个小的水准仪3。载物台2的台面上也安装有水准仪，该水准仪的形状大小与载物台台面相同。
分光计的望远镜是一种带有阿贝目镜的望远镜，有目镜、物镜、分划板三部分组成。分划板下方紧贴一块45°全反射阿贝棱镜，其表面涂有不透明薄膜，薄膜上刻有一个透光的空心十字窗口，小电珠光从管侧射入棱镜，光线经棱镜全反射后照射透光空心十字窗口，调节目镜视度调节手轮，可在望远镜目镜视场中看到清晰的分划板的“准线”像，在载物台上放置光学平行平板，光学平行平板两面都是光学平行平板，此时小电珠发出透过空心十字窗口的光径物镜后形成平行光射向光学平行平板，反射光经物镜后在分划板中形成小十字的像。若载物台水平，光学平行平板镜面与望远镜光轴垂直，此像将与分划板上方十字丝重合。若载物台不水平，光学平行平板镜面与光轴不垂直，将观察不到十字窗口的像。安装CCD元件后，感光元件将采集的图像信息转化为电信号，然后以AV格式输出，呈现于显示屏上。由于CCD将所成的像的焦距与人眼直接观察的焦距有所不同，所以，首先要调节目镜焦距，使得CCD能够采集清晰的分划板图像信息；其次前后调节目镜镜筒位置，让反射光经物镜成像于目镜分划板的位置，便于CCD获取清晰的“十字”反射像。所以CCD能够代替人眼很方便地采集成像信息，图像清晰、效果明显、便于讲解、易于掌握。
本发明的基于CCD成像的分光计，可以多人在显示屏幕上实时观看CCD拍摄到的分光计中的图像；操作方便，重复性好，可以一边调节光路，一边观察屏幕上实时显示的图形就可以知道是否调节到位； 可以直接抓拍图像，并保存。
实施例2一种基于CCD成像的分光计的调节方法，该方法包括以下步骤：1、粗调水平
（1）调节载物台、望远镜等各螺丝，使其处于活动自如的中间状态，锁紧载物台，松开游标盘止动螺丝，松开望远镜止动螺丝，将刻度线“0”刻度调至望远镜下方后，锁紧刻度盘与望远镜联动螺丝；
（2）根据望远镜及载物台上的水准仪的位置，调节平行光管和望远镜的垂直方向的调节螺丝，使水准仪处于中央位置；再调节载物台台面下方的两个可调节螺丝，使台面上水准仪处于中央位置，经粗调，平行光管、望远镜、载物台台面大致水平，故与分光计主轴大致垂直。
2、细调水平
（1）待粗调完成后，将显示屏开关打开，将亮度、对比度调至适宜位置。观察显示屏上的像是否清晰且处于中央位置，若不是，调节目镜视度调节手轮使像清晰，调节载物台下方三个螺丝和望远镜的升降旋钮，使显示屏上能呈现既清晰又处于中央的像；
（2）将黑色游标盘转动180°，使载物台上光学平行平板随之转动，使台面上光学平行板的另一面正对望远镜，此时应同样可以看到一个清晰的亮十字像。若不能，重复步骤（2）-（1）；反复调节望远镜调焦手轮，以消除亮十字与准线之间的视察，锁紧目镜。
当无论以光学平行平板的哪一面对准望远镜，均能观察到亮十字像时，应采用“各半调节法”，如图3，使亮十字像与分划板水平上方准线重合。具体做法是当观察的与分划板十字交叉点相差距离h，调节望远镜高低螺丝使差距减少一半，再调节载物台下靠前面的水平调节螺丝，消除另一半距离，使准线与亮十字像重合，再将载物台旋转180度，使望远镜对着光学平行平板的另一反射面，采用上述同样的方法调节，如此重复多次，直至转动载物台时，无论哪个面正对望远镜，亮十字像都能与分划板上方的水平准线重合为止。至此，望远镜光轴和分光计的主轴相互垂直。
3、采用“固一调二”法调节载物台台面与分光计主轴垂直
如图4所示，将光学平行平板转过90°，放置在载物台中心且与调节螺丝a、b连线成平行的方向上，转动载物台，当在望远镜中也观察到光学平行平板反射回的亮十字像时，同时调节螺丝a、b，使亮十字像与分划板上方水平准线重合，此时载物台台面即与分光计主轴垂直。
Claims (6)
1.一种基于CCD成像的分光计，包括望远镜，其特征在于：望远镜的目镜连接有CCD元件。
2.根据权利要求1所述的基于CCD成像的分光计，其特征在于：所述CCD元件通过支架与望远镜的目镜连接起来。
3.根据权利要求2所述的基于CCD成像的分光计，其特征在于：CCD元件通过数据线与显示屏连接。
4.根据权利要求1～3任一项所述的基于CCD成像的分光计，其特征在于：所述望远镜的物镜上方安装有水准仪。
5.根据权利要求1～3任一项所述的基于CCD成像的分光计，其特征在于：所述分光计的载物台的台面上安装有水准仪，所述水准仪的形状大小与载物台台面相同。
6.一种基于CCD成像的分光计的调节方法，该方法包括以下步骤：1、粗调水平
（1）调节载物台、望远镜等各螺丝，使其处于活动自如的中间状态，锁紧载物台，松开游标盘止动螺丝，松开望远镜止动螺丝，将刻度线“0”刻度调至望远镜下方后，锁紧刻度盘与望远镜联动螺丝；
（2）根据望远镜及载物台上的水准仪的位置，调节平行光管和望远镜垂直方向的调节螺丝，使水准仪处于中央位置；再调节载物台台面下方的两个可调节螺丝，使台面上水准仪处于中央位置，经粗调，平行光管、望远镜、载物台台面大致水平，故与分光计主轴大致垂直；
2、细调水平
（1）待粗调完成后，将显示屏开关打开，将亮度、对比度调至适宜位置；观察显示屏上的像是否清晰且处于中央位置，若不是，调节目镜视度调节手轮使像清晰，调节载物台下方两个可调节螺丝和望远镜的升降旋钮，使显示屏上能呈现既清晰又处于中央的像；
（2）将黑色游标盘转动180°，使载物台上光学平行平板随之转动，使台面上光学平行板的另一面正对望远镜，此时应同样可以看到一个清晰的亮十字像；若不能，重复步骤（2）-（1）；反复调节望远镜调焦手轮，以消除亮十字与准线之间的视察，锁紧目镜；
3、采用“固一调二”法调节载物台台面与分光计主轴垂直
将载物台下面的三个螺丝固定其中一个，保留另外两个螺丝，在调平过程中，将光学平行平板置于两个可调节螺丝连线的中垂线上，以对载物台进行前后的水平调节；再将光学平行平板置于两个可调节螺丝连线的平行线上，以对载物台进行左右的水平调节，使载物台台面与分光计主轴垂直。
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