TWI821929B - 單色儀及其自我診斷方法 - Google Patents

Abstract

一種單色儀，包括一光柵、一磁鐵、一角度感應器及一控制單元。光柵用以接收一光線，光柵可以一旋轉中心軸為轉軸旋轉，以改變光線入射光柵之入射角度，而得到一特定波長光線。磁鐵與光柵連接，磁鐵可以旋轉中心軸為轉軸旋轉，且光柵的旋轉角度與磁鐵的旋轉角度相等。角度感應器可偵測磁鐵的旋轉角度，以得到特定波長光線對應磁鐵的旋轉角度的一資料。控制單元可依照資料控制光柵的旋轉，以得到特定波長光線。

Description

單色儀及其自我診斷方法

本發明係有關於一種單色儀及其自我診斷方法。

習知的單色儀通常只將主階光(-1階)的光線導出單色儀，而未善加利用更高階的光線，導致單色儀在某些波長的輸出光線強度降低，不利於使用單色儀，此外單色儀的輸出光線波長準確度極為重要，無法正常運作的單色儀將輸出不正確波長的光線，導致使用者誤用，但是習知的單色儀大都無法得知單色儀是否能正常運作。

有鑑於此，本發明之主要目的在於提供一種單色儀及其自我診斷方法，除了可導出主階光(-1階)的光線外，還可導出高階光(-2階)的光線，使得單色儀的輸出光線強度在寬頻帶的範圍內能有效提升，以擴充單色儀的應用範圍，此外自我診斷方法可提供單色儀驗證是否能正常運作。

本發明提供一種單色儀，包括一光柵、一磁鐵、一角度感應器及一控制單元。光柵用以接收一光線，光柵可以一旋轉中心軸為轉軸旋轉，以改變光線入射光柵之入射角度，而得到一特定波長光線。磁鐵與光柵連接，磁鐵可以旋轉中心軸為轉軸旋轉，且光柵的旋轉角度與磁鐵的旋轉角度相等。角度感應器可偵測磁鐵的旋轉角度，以得到特定波長光線 對應磁鐵的旋轉角度的一資料。控制單元可依照資料控制光柵的旋轉，以得到特定波長光線。

其中當控制單元依照資料控制光柵自一初始位置旋轉至一特定位置，以得到特定波長光線，當控制單元再次控制光柵旋轉以得到另一特定波長光線時，則特定位置為另一初始位置。

本發明之單色儀可更包括一準直鏡、一聚光鏡及一輸出光連接器，光線先入射準直鏡變為準直然後反射出去再入射光柵，聚光鏡用以反射特定波長光線，輸出光連接器包括一狹縫及一光纖插座，被聚光鏡反射的特定波長光線先通過狹縫後再通過光纖插座由輸出光連接器輸出。

本發明之單色儀可更包括一內置光源及一準直鏡，內置光源發射出光線，光線先入射準直鏡變為準直然後反射出去再入射光柵。

其中內置光源可更包括一聚焦鏡，使得光線先通過聚焦鏡再入射準直鏡。

其中內置光源可更包括另一狹縫，使得光線依序通過聚焦鏡及另一狹縫再入射準直鏡。

本發明之單色儀可更包括一濾光片及一輸出光連接器，輸出光連接器包括一狹縫，使得特定波長光線先通過濾光片後再通過狹縫由輸出光連接器輸出，特定波長光線以外的光線則被濾光片濾除。

本發明之單色儀可更包括一輸出光連接器，此輸出光連接器包括一凹槽及一光纖插座，使得特定波長光線先通過凹槽後再通過光纖插座由輸出光連接器輸出，輸出光連接器係一體成型製成，其中角度感應器可以為一霍爾感應器、一各向異性磁阻感應器、一巨磁阻感應器或一穿 隧磁阻感應器，磁鐵包括一磁感測器及一永磁體。

其中資料記錄波長與光柵旋轉角度之間的關係，控制單元可依照資料中特定波長光線為450nm以控制光柵旋轉至一第一位置31.2，可依照資料中特定波長光線為480nm以控制光柵旋轉至一第二位置32.4，可依照資料中特定波長光線為500nm以控制光柵旋轉至一第三位置33.1，可依照資料中特定波長光線為550nm以控制光柵旋轉至一第四位置35.0。

本發明提供一種單色儀的自我診斷方法，包括提供一單色儀、一量測裝置及一參考對照表；當磁鐵位於一參考位置時，由單色儀輸出相對應的一參考波長及一參考光量；以量測裝置測得參考波長及參考光量；將參考波長及參考光量記錄於參考對照表中；以量測裝置再度測量磁鐵位於參考位置時由單色儀輸出的一波長及一光量；比較波長與參考波長及比較光量與參考光量，以診斷單色儀是否運作正常。

本發明提供另一種單色儀的自我診斷方法，包括提供一單色儀、一光接收單元、一參考對照表、一濾光片、一狹縫及一輸出光連接器，其中輸出光連接器包括一凹槽及一光纖插座；令特定波長光線依序通過濾光片、狹縫、凹槽及光纖插座，然後經一光纖輸出至光接收單元；以光接收單元測量磁鐵位於該參考位置時由單色儀輸出的一光量；比較光量與參考光量，以診斷單色儀是否運作正常；當診斷單色儀運作異常時發出警報。

本發明提供又一種單色儀的自我診斷方法，包括提供一單色儀、一光接收單元、一濾光片及一參考對照表，其中濾光片濾除波長小於480nm的光線，大於550nm的光線則直接通過，波長介於480nm至500 nm的光線則波長增加穿透率也隨著增加，其中參考對照表記錄磁鐵位於一參考位置時由單色儀輸出的一參考波長及一參考光量，參考光量係特定波長光線通過濾光片後由光接收單元測得；以光接收單元再度測量磁鐵位於參考位置時，特定波長光線通過濾光片後由單色儀輸出的一光量；比較光量與參考光量，以診斷單色儀是否運作正常。

為使本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例並配合所附圖式做詳細說明。

100、200:單色儀

110、210:內置光源

1101、2101:光線

1102、1501、2102、2501:狹縫

1103、2103:LED光源

1104:狹縫支架

120、220:準直鏡

130、230:光柵

140、240:聚光鏡

150、250:輸出光連接器

1502、2502:光纖插座輸出端

1503、2503:凹槽

160、260:光柵旋轉機構

1607、2607:旋轉中心軸

170、270:散熱器

180、280:底座

132:磁鐵

134:角度感應器

136:角度

1601:光柵支架

1602:旋轉主軸

1603:傳動齒輪

1604:安裝板

2104:聚焦鏡

2105:透鏡支架

2504:光纖插座支架

2505:螺絲

2506:光纖插座

2507:光纖插座延伸部

2508:洞孔

190:濾光片

191:濾光片切換機構

300:控制單元

310:輸出波長設定模組

320:控制判斷/波長區域/計算電路/記憶電路模組

330:濾光片/光柵控制電路模組

340:輸出光量通訊迴路

192:測試樣品

350:量測裝置

400:光接收單元

410:光接收器

420:光接收器等計算控制電路

430:LED警報電路

440:數據通訊迴路

360:通訊介面

370:遠端輸出波長設定模組

第1圖係依據本發明之單色儀之第一實施例之示意圖。

第2圖係依據本發明之單色儀之第一實施例之光柵旋轉機構示意圖。

第3圖係依據本發明之單色儀之第二實施例之示意圖。

第4圖顯示本發明之單色儀及自我診斷方法的架構。

第5圖係依據本發明之單色儀之濾光片光學特性圖。

本發明提供一種單色儀，包括：一光柵，用以接收一光線，此光柵可以一旋轉中心軸為轉軸旋轉，以改變光線入射光柵之入射角度，而得到一特定波長光線；一磁鐵與光柵連接，此磁鐵可以旋轉中心軸為轉軸旋轉，且光柵的旋轉角度與磁鐵的旋轉角度相等；一角度感應器，此角度感應器可偵測磁鐵的旋轉角度，以得到特定波長光線對應磁鐵的旋轉角度的一資料；以及一控制單元，可依照資料控制光柵的旋轉，以得到特定波長光線。

本發明提供一種單色儀的自我診斷方法，包括：提供一單色儀、一量測裝置以及一參考對照表；當該磁鐵位於一參考位置時，由該單色儀輸出相對應的一參考波長及一參考光量；以該量測裝置測得該參考波長及該參考光量；將該參考波長及該參考光量記錄於該參考對照表中；以該量測裝置再度測量該磁鐵位於該參考位置時由該單色儀輸出的一波長及一光量；比較該波長與該參考波長以及比較該光量與該參考光量，以診斷該單色儀是否運作正常。

本發明提供另一種單色儀的自我診斷方法，包括：提供一單色儀、一光接收單元、一參考對照表、一濾光片、一狹縫以及一輸出光連接器，其中該輸出光連接器包括一凹槽以及一光纖插座；令該特定波長光線依序通過該濾光片、該狹縫、該凹槽以及該光纖插座，然後經一光纖輸出至該光接收單元；以該光接收單元測量該磁鐵位於該參考位置時由該單色儀輸出的一光量；比較該光量與該參考光量，以診斷該單色儀是否運作正常；當診斷該單色儀運作異常時發出警報。

本發明提供另一種單色儀的自我診斷方法，包括：提供一單色儀、一光接收單元、一濾光片以及一參考對照表，其中該濾光片濾除波長小於480nm的光線，大於550nm的光線則直接通過，波長介於480nm至500nm的光線則波長增加穿透率也隨著增加，其中該參考對照表記錄該磁鐵位於一參考位置時由該單色儀輸出的一參考波長及一參考光量，該參考光量係該特定波長光線通過該濾光片後由該光接收單元測得；以該光接收單元再度測量該磁鐵位於該參考位置時，該特定波長光線通過該濾光片後由該單色儀輸出的一光量；比較該光量與該參考光量，以診斷該單色儀 是否運作正常。

現詳細說明本發明之單色儀之第一實施例。請同時參閱第1圖及第2圖，單色儀100包括一內置光源110、一準直鏡120、一光柵130、一磁鐵132、一角度感應器134、一聚光鏡140、一輸出光連接器150、一光柵旋轉機構160、一散熱器170、一底座180及一控制單元(未圖示)。光柵旋轉機構160包括一光柵支架1601、一旋轉主軸1602、一傳動齒輪1603及一安裝板1604。內置光源110、準直鏡120、聚光鏡140、輸出光連接器150、光柵旋轉機構160及散熱器170與底座180連接。光柵130固定於光柵支架1601。磁鐵132與傳動齒輪1603連接。角度感應器134固定於安裝板1604。光柵旋轉機構160可由控制單元(未圖示)依據特定波長光線對應磁鐵132的旋轉角度的一資料來控制馬達(未圖示)，使馬達(未圖示)驅動帶動傳動齒輪1603使得旋轉主軸1602旋轉，旋轉主軸1602旋轉時將帶動光柵130及磁鐵132以旋轉中心軸1607為旋轉軸旋轉，使得光柵130的旋轉角度與磁鐵132的旋轉角度136相等。磁鐵132旋轉將導致其周圍磁場變化，角度感應器134可偵測出磁鐵132周圍的磁場變化。當光柵旋轉機構160旋轉時將帶動磁鐵132與光柵130連動旋轉，磁鐵132旋轉時導致其周圍磁場變化，角度感應器134檢測磁鐵132周圍的磁場變化，將磁鐵132周圍的磁場變化轉換為磁鐵132的旋轉角度即光柵130的旋轉角度，再轉換成入射角度，最後再轉換成單色儀100的輸出波長。表一顯示當光柵之刻線數N=1200時入射角與單色儀輸出波長(特定波長光線)關係，因為光柵130的旋轉角度與磁鐵132的旋轉角度136相等，所以表一即為特定波長光線對應光柵130的旋轉角度的資料，也就是特定波長光線對應磁鐵132的旋轉角度的資料。上述光柵 130可以為繞射光柵、磁鐵132可以為二極磁體、角度感應器134可以為霍爾感應器、各向異性磁阻(Anisotropic Magnetoresistance；AMR)感應器、巨磁阻(Giant Magnetoresistance；GMR)感應器或穿隧磁阻(Tunnel Magnetoresistance；TMR)感應器。

內置光源110包括一LED光源1103、一狹縫支架1104及一狹縫1102。LED光源1103可以為一白光LED和/或近紅外光LED。狹縫1102安裝在狹縫支架1104上形成一體化的結構，可減少狹縫1102偏離內置光源110的光軸，使用者也不需調整狹縫1102以對準內置光源110的光軸，可節省許多寶貴時間，並有助於增加組裝精度。內置光源110通過優化其安裝位置和與底座180的角度以及使用底座180的一部分作為散熱器170來增強散熱效果。此外，通過獨特的技術優化光學元件的佈置以及優化光源控制電路的設計和佈置，可將單色儀100的體積縮小，實現小型化與內置光源的效果。單色儀100已包含內置光源110，對使用者來說極為方便，使用者無需另外準備外部光源(鹵素燈、LED等)以及用以連接外部光源(鹵素燈、LED等)與單色儀100的光學元件，也不需將外部光源對準上述光學 元件的光軸將光束引入單色儀100，可節省許多寶貴時間。內置光源110發射出光線1101，光線1101先穿過狹縫1102再射向準直鏡120，準直鏡120將光線1101變為準直並反射射向光柵130，依據光線1101的入射角度光柵130能將光線1101依波長及繞射階以不同角度反射，特定波長的光線1101將被反射至聚光鏡140，聚光鏡140將特定波長的光線1101反射至輸出光連接器150，特定波長的光線1101將先穿透狹縫1501再穿透光纖插座輸出端1502。使用者可以將一光纖插頭(未圖示)插入光纖插座輸出端1502，藉由光纖插頭將特定波長的光線1101導引至其他位置使用。上述輸出光連接器150係由一體成形的光纖插座輸出端1502及狹縫1501連接而成，光纖插座輸出端1502設置有一凹槽1503，狹縫1501嵌入凹槽1503並通過黏合固定，為了達到插入的光纖插頭與狹縫1501間的錯位最小化(也就是兩者的光軸能對準)，必需嚴格控制凹槽1503和狹縫1501的尺寸精度並確定相鄰方向。此外，通過減少插入的光纖插頭前端與狹縫1501之間的距離，可最大限度地減少單色儀的輸出光量損失，插入的光纖插頭前端和狹縫1501之間的實際距離大約為0.1mm至5mm。

現詳細說明本發明之單色儀之第二實施例。請參閱第3圖，單色儀200包括一內置光源210、一準直鏡220、一光柵230、一磁鐵(未圖示)、一角度感應器(未圖示)、一聚光鏡240、一輸出光連接器250、一光柵旋轉機構260、一散熱器270、一底座280及一控制單元(未圖示)。光柵旋轉機構260與第2圖相似包括一光柵支架、一旋轉主軸、一傳動齒輪及一安裝板。內置光源210、準直鏡220、聚光鏡240、輸出光連接器250、光柵旋轉機構260及散熱器270與底座280連接。光柵230固定於光柵支架。磁鐵(未 圖示)與傳動齒輪(未圖示)連接。角度感應器(未圖示)固定於安裝板(未圖示)。光柵旋轉機構260可由控制單元(未圖示)依據特定波長光線對應磁鐵(未圖示)的旋轉角度的一資料來控制馬達(未圖示)，使馬達(未圖示)驅動帶動傳動齒輪(未圖示)使得旋轉主軸(未圖示)旋轉，旋轉主軸(未圖示)旋轉時將帶動光柵230及磁鐵(未圖示)以旋轉中心軸2607為旋轉軸旋轉，使得光柵230的旋轉角度與磁鐵(未圖示)的旋轉角度相等。磁鐵(未圖示)旋轉將導致其周圍磁場變化，角度感應器檢測磁鐵(未圖示)周圍的磁場變化，將磁鐵(未圖示)周圍的磁場變化轉換為磁鐵(未圖示)的旋轉角度即光柵230的旋轉角度，再轉換成入射角度，最後再轉換成單色儀200的輸出波長。可得到如表一的入射角與單色儀輸出波長(特定波長光線)關係，因為光柵230的旋轉角度與磁鐵(未圖示)的旋轉角度相等，所以表一即為特定波長光線對應磁鐵(未圖示)的旋轉角度的資料，其中關係式α=(arctan2(V1/V2))/2，其中α為入射角，V1、V2為磁鐵旋轉時角度感應器所感應到的電壓值。

內置光源210包括一LED光源2103、一聚焦鏡2104、一透鏡支架2105及一狹縫2102。LED光源2103可以為一白光LED或/和近紅外光LED。聚焦鏡2104置於透鏡支架2105內，狹縫2102安裝在透鏡支架2105上形成一體化的結構，可減少狹縫2102偏離內置光源210的光軸，使用者也不需調整狹縫2102以對準內置光源210的光軸，可節省許多寶貴時間，並增加組裝精度以及有助於提高輸出的光波長精度。內置光源210發射出光線2101，光線2101先經由聚焦鏡2104聚焦再穿過狹縫2102射向準直鏡220，準直鏡220將光線2101變為準直並反射射向光柵230，依據光線2101的入射角度光柵230將光線2101依波長及繞射階以不同角度反射，特定波 長的光線2101將被反射至聚光鏡240，聚光鏡240將特定波長的光線2101反射至輸出光連接器250，特定波長的光線2101將先穿透狹縫2501再穿透光纖插座2506。使用者可以將一光纖插頭(未圖示)插入光纖插座2506，藉由光纖將特定波長的光線2101導引至其他位置使用。上述輸出光連接器250係由狹縫2501、光纖插座2506、光纖插座支架2504及螺絲2505連接而成，光纖插座2506包括一光纖插座輸出端2502及一光纖插座延伸部2507，光纖插座延伸部2507的外徑不是呈圓形，而是為邊長極短的多邊形其外觀上接近圓形，此邊長極短的多邊形其形狀具有調整位置功能，光纖插座支架2504有一個洞孔2508，其內緣形狀與光纖插座延伸部2507近似，也具有調整位置功能，使的光纖插座延伸部2507經由洞孔2508與光纖插座支架2504連接後，光纖插座延伸部2507與洞孔2508能確保同軸度，螺絲2505將光纖插座2506與光纖插座支架2504固定，光纖插座支架2504另包括一凹槽2503，凹槽2503的內緣具有由數段直線以不同角度相連的外形，此數段直線以不同角度相連的外形具有調整位置功能，狹縫2501的外緣形狀與凹槽2503的內緣形狀近似，也具有調整位置功能，使得狹縫2501嵌入凹槽2503後，狹縫2501的中心線能垂直光纖插座輸出端2502的軸心，可避免狹縫2501和光纖插座輸出端2502未對準。透過上述設計，可以避免光量在出射光連接器250產生光量損失，並且有助於小型化與輕量化。另外，狹縫2501的縫孔為長條狀，縫孔中心位置與狹縫2501的中心位置重疊。

上述第一實施例及第二實施例的單色儀，主要是經由轉動光柵以改變入射角來輸出使用者想要的特定光波長，已知通常的單色儀只將主階光(-1階)的光線導出單色儀，而高階光(-2階)的光線則未利用。因為 光柵效率的波長特性由閃耀角度θ B和刻線數N決定，所以一般的光柵很難在寬頻帶上獲得高效率，尤其是在波長變化率大的可見光區域到紫外光區域要均能保持高光柵效率的光柵是非常難設計的，所以為了拓寬單色儀的波段，大多採用安裝多個光柵且可以更換光柵，但也因此導致成本較高、體積較大等缺點。本發明之第三實施例將透過使用主階光(-1階)與高階光(-2階)的組合，只需使用一個光柵即可實現寬波段的高繞射效率，且由於只需使用一個光柵因此有助於整體小型化。現詳細說明本發明之單色儀之第三實施例，將上述第一實施例的單色儀或第二實施例的單色儀加入A型濾光片、B型濾光片及C型濾光片即為本發明的第三實施例之單色儀，A型濾光片只讓370nm以下的光線通過390nm以上的光線不通過，B型濾光片只讓330nm以上的光線通過300nm以下的光線不通過，C型濾光片只讓530nm以上的光線通過500nm以下的光線不通過。第三實施例之單色儀其光柵之刻線數N=1200、閃耀角度θ B=17.45度，此種規格的光柵其-1階繞射光的效率在小於350nm以下的短波長約為0.3以下，並且隨著波長變短其效率顯著降低，但其二階繞射光在短波長區域的效率相對較高，所以短波長範圍內選擇-2階光，中長波長範圍內選擇-1階光，將使得第三實施例之單色儀在寬頻帶上獲得高效率。底下將對如何透過使用主階光(-1階)與高階光(-2階)的組合提出具體說明。請同時參照表二，當光柵的偏離角度2K=30度，如果入射角介於29.4度到40.8度時，高階光(-2階)的波長範圍介於200nm至350nm，如果入射角介於27.6度到35度時，主階光(-1階)的波長範圍介於350nm至550nm，如果入射角介於35度到49度時，主階光(-1階)的波長範圍介於550nm至900nm，所以可將光柵旋轉使其入射角度由29.4度變 動至40.8度，單色儀即可將200nm至350nm的高階光(-2階)輸出，此時400nm至700nm的主階光(-1階)也會混入，所以可以將A型濾光片(只讓370nm以下的光線通過390nm以上的光線不通過)設置於聚光鏡與狹縫之間，將混入的400nm至700nm的主階光(-1階)濾除，為了將350nm至550nm的主階光(-1階)從單色儀輸出，可將光柵旋轉使其入射角度由27.6度變動至35度，此時200nm至290nm的高階光(-2階)也會混入，所以可將B型濾光片(只讓330nm以上的光線通過300nm以下的光線不通過)設置於聚光鏡與狹縫之間，將混入的200nm至290nm的高階光(-2階)濾除，為了將550nm至900nm的主階光(-1階)從單色儀輸出，可將光柵旋轉使其入射角度由35度變動至49度，此時290nm至480nm的高階光(-2階)也會混入，所以可將C型濾光片(只讓530nm以上的光線通過500nm以下的光線不通過)設置於聚光鏡與狹縫之間，將混入的290nm至480nm的高階光(-2階)濾除。上述第三實施例的單色儀只使用一個光柵透過使用主階光(-1階)與高階光(-2階)的組合，即可實現寬頻帶的高繞射效率，兼具小型化與低成本效益。

上述第一實施例及第二實施例的單色儀，主要是經由轉動光柵以改變入射角來改變輸出波長。然而單色儀內部的驅動系統是否正常運作以及光柵的旋轉角度對應到單色儀輸出光線之波長是否正確，使用者都無從得知，更不用說有提供自我診斷以判斷單色儀是否正常運作。本發 明之第四實施例將透過使用濾光片及光接收單元以實現自我診斷判斷單色儀是否正常運作。現詳細說明本發明之單色儀之第四實施例，上述第一實施例的單色儀或第二實施例的單色儀可更加入一濾光片及外接一光接收單元即為本發明的第四實施例之單色儀。請同時參照表三，當光柵的刻線數N=1200、偏離角度2K=30度，如果光柵的入射角度設定為相對應於單色儀輸出波長為600nm至900nm，此時單色儀除了輸出600nm至900nm的主階光(-1階)外還會混入300nm至450nm的高階光(-2階)，這時可以設置一個濾光片於聚光鏡與狹縫之間，此濾光片只讓500nm以上的光線通過480nm以下的光線不通過，480nm至500nm的光線則波長增加其光線的穿透率也隨著增加，就能將混入的300nm至450nm的高階光(-2階)濾除。當光柵的旋轉角度對應到單色儀輸出光線之波長關係沒有異常，則光接收單元所測得的輸出光量於波長等於480nm附近時應幾乎為0，在波長等於480nm至500nm所測得的輸出光量應隨著波長增加逐漸增加，在波長為500nm附近所測到的輸出光量應呈穩定。如果單色儀運作異常則上述關係不成立，所以可利用設置一個濾光片於聚光鏡與狹縫之間，再由光接收單元所測得的輸出光量來進行單色儀的自我診斷。

請參閱第4圖，第4圖顯示單色儀100之架構。單色儀100包括內置光源110、光柵130、濾光片190、輸出光連接器150、光柵旋轉機 構160、濾光片切換機構191、控制單元300及輸出光量通訊迴路340，控制單元300包括輸出波長設定模組310、控制判斷/波長區域/計算電路/記憶電路模組320、濾光片/光柵控制電路模組330及通訊介面360，單色儀的作用在於將寬頻光源截取出很窄波段光源。內置光源110發射出光線1101，光線1101射向光柵130，光柵130依據光線1101的入射角度將光線1101依波長及繞射階以不同角度反射，特定波長的光線1101將被反射再入射並穿透濾光片190，最後入射輸出光連接器150，由輸出光連接器150離開單色儀100照射測試樣品192。本發明之單色儀經由旋轉光柵以改變光線1101的入射角度，以達到控制輸出光線1101的波長，如果光柵的旋轉角度產生誤差，將造成輸出光線1101之波長及光量誤差，所以光柵的旋轉角度準確度對單色儀將變得極為重要。由於光柵的旋轉角度對應光波長的數據會儲存於單色儀的電路中，所以藉由角度感應器的信號來測得光柵表面的旋轉角度(位置)，可以保證光柵表面的旋轉角度正確的對應到單色儀輸出的光波長，亦即，控制單元依照資料(表一)控制光柵自一初始位置旋轉一角度至一特定位置，以得到對應該角度的一特定波長光線；當控制單元再次控制光柵旋轉以得到另一特定波長光線時，則控制單元控制光柵由該特定位置(即為另一初始位置)開始旋轉，並按照資料與角度感應器的信號得知還需旋轉幾度才可得到該另一特定波長光線，因此無需進行光柵回到初始位置的動作也可提供準確地特定波長光線輸出，另外本發明依照需求可增加自我診斷方法以確保單色儀能正常運作輸出準確波長光線。

底下先詳細說明如何建立磁鐵位置相對於單色儀輸出光線波長及光量的參考對照表，此參考對照表將用於本發明提所提供的自我診 斷方法。請忽略第4圖右側之測試樣品192、光接收單元400及遠端輸出波長設定模組370，只考慮量測裝置350接收來自單色儀100之特定波長的光線1101照射以及量測裝置350電性連接至輸出光量通訊迴路340。量測裝置350係一種專門用來量測光波長的裝置，其測量準確度很高。磁鐵132每旋轉至一特定位置，經選定適用的濾光片後，可由量測裝置350量測出單色儀100所輸出的特定波長的光線1101之波長及光量，將不同的磁鐵132位置相對於所測得的特定波長的光線及光量數據製成一參考對照表，表四即為此參考對照表，其顯示磁鐵位置、濾光片類別、特定波長的光線、光量及光量閥值間的相對應關係以及所選用的濾光片類別，第5圖為濾光片F之光學特性圖。此參考對照表資料可由單色儀製造商事先測量完成並儲存於控制判斷/波長區域/計算電路/記憶電路模組320，以供使用者進行單色儀自我診斷時之參考依據，其中光量閥值用於判斷光量是否衰弱。

表四

現詳細說明本發明之單色儀之第一種自我診斷方法，第一種自我診斷方法需單色儀搭配量測裝置。請忽略第4圖右側之測試樣品192、光接收單元400及遠端輸出波長設定模組370，只考慮量測裝置350接收來自單色儀100之特定波長的光線1101照射以及量測裝置350電性連接至輸出光量通訊迴路340。單色儀100已儲存參考對照表(表四)資料於控制判斷/波長區域/計算電路/記憶電路模組320，使用者由輸出波長設定模組310輸入所欲輸出的波長，輸出波長設定模組310將波長數據傳至控制判斷/波長區域/計算電路/記憶電路模組320，控制判斷/波長區域/計算電路/記憶電路模組320依據已儲存的參考對照表(表四)資料將波長數據轉換成相對應的磁鐵位置數據及相對應的濾光片類別資料，再將相對應的磁鐵位置數據及相對應的濾光片類別資料傳送至濾光片/光柵控制電路模組330，濾光片/光柵控制電路模組330再依據相對應的磁鐵位置數據控制光柵旋轉機構160旋轉，使磁鐵連動旋轉，並依據相對應的濾光片類別資料控制濾光片切換機構191切換到適用的濾光片，當磁鐵依據相對應的磁鐵位置數據旋轉至特定位置時，量測裝置350將所測得的特定波長的光線及光量數據傳送至輸出光量通訊迴路340，再傳送至控制判斷/波長區域/計算電路/記憶電路模組320，控制判斷/波長區域/計算電路/記憶電路模組320將所接收的數據(如表五)與內部儲存的參考對照表(表四)數據比對，如果磁鐵依據表四中的位置數據旋轉，且量測裝置350所測得的特定波長的光線數據(表五中磁鐵位置等於22、26、29、31.2、33)等於表四的特定波長的光線數據且光量大於光量門檻值，則代表單色儀100的輸出波長及光量正常，如果量測裝置350 所測得的特定波長的光線數據(表五中磁鐵位置等於33、37、41、44、48、35.0、36.9、40.8、44.8、49.0)不等於表四的特定波長的光線數據或光量低於光量門檻值，則可能是濾光片切換機構191運作出現問題或光柵旋轉機構160運作出現問題，使得單色儀100的輸出波長或光量異常，此時控制單元300即可發出警報通知使用者。

現詳細說明本發明之單色儀之第二種自我診斷方法，第二種自我診斷方法需單色儀搭配外接光接收單元。請忽略第4圖右側之測試樣品192、量測裝置350及遠端輸出波長設定模組370，只考慮光接收單元400接收來自單色儀100之特定波長的光線1101照射以及光接收單元400 電性連接至控制判斷/波長區域/計算電路/記憶電路模組320。光接收單元400包括光接收器410、光接收器等計算控制電路420、LED警報電路430及數據通訊迴路440，數據通訊迴路440電性連接至控制判斷/波長區域/計算電路/記憶電路模組320。單色儀100已儲存參考對照表(表四)資料以及內置光源110的總驅動時間於控制判斷/波長區域/計算電路/記憶電路模組320，使用者由輸出波長設定模組310輸入所欲輸出的波長，輸出波長設定模組310將波長數據傳至控制判斷/波長區域/計算電路/記憶電路模組320，控制判斷/波長區域/計算電路/記憶電路模組320依據已儲存的參考對照表(表四)資料將波長數據轉換成相對應的磁鐵位置數據及相對應的濾光片類別資料，再將相對應的磁鐵位置數據及相對應的濾光片類別資料傳送至濾光片/光柵控制電路模組330，濾光片/光柵控制電路模組330再依據相對應的磁鐵位置數據控制光柵旋轉機構160旋轉，使磁鐵連動旋轉，並依據相對應的濾光片類別資料控制濾光片切換機構191切換到適用的濾光片，當磁鐵依據相對應的磁鐵位置數據旋轉至特定位置時，光接收器410接收來自單色儀100之特定波長的光線1101照射，經光能轉換成電能後將數據傳送至光接收器等計算控制電路420以計算出光量數據，再經數據通訊迴路440將光量數據傳送至控制判斷/波長區域/計算電路/記憶電路模組320，控制判斷/波長區域/計算電路/記憶電路模組320將接收到光量數據後與與內部儲存的參考對照表(表四)數據比對並/或再加上確認內置光源110的總驅動時間，如果接收到光量數據高於門檻值，則代表單色儀100的輸出波長及光量正常，如果接收到光量數據低於門檻值，則代表單色儀100的輸出波長或光量異常，控制判斷/波長區域/計算電路/記憶電路模組320將發出警報訊息回傳至數據 通訊迴路440，再傳至光接收器等計算控制電路420，再傳至LED警報電路430發出警報訊息通知使用者。光接收單元具有價格低的優勢，使用者不需添購昂貴的量測裝置來測量波長，所以第二種自我診斷方法具有價格優勢。

上述第一、二實施例的單色儀1、2分別包括內置光源110、210，也可將內置光源110、210移除，改由外部光源輸入單色儀100、200，亦應屬本發明之範疇。

上述第一、二實施例的單色儀，其控制單元包括通訊介面(如第4圖所示)，此通訊介面可連接至遠端輸出波長設定模組370，讓使用者可由遠端設定以控制單色儀的輸出波長，亦應屬本發明之範疇。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100:單色儀

110:內置光源

1101:光線

1102、1501:狹縫

1103:LED光源

1104:狹縫支架

120:準直鏡

130:光柵

140:聚光鏡

150:輸出光連接器

1502:光纖插座輸出端

1503:凹槽

160:光柵旋轉機構

1607:旋轉中心軸

170:散熱器

180:底座

Claims (12)

1. 一種單色儀，包括：

   一光柵，用以接收一光線，該光柵可以一旋轉中心軸為轉軸旋轉，以改變該光線入射該光柵之入射角度，而得到一特定波長光線；

   一磁鐵與該光柵連接，該磁鐵可以該旋轉中心軸為轉軸旋轉，且該光柵的旋轉角度與該磁鐵的旋轉角度相等；

   一角度感應器，該角度感應器可偵測該磁鐵的旋轉角度，以得到該特定波長光線對應該磁鐵的旋轉角度的一資料；以及

   一控制單元，可依照該資料控制該光柵的旋轉，以得到該特定波長光線。
2. 如申請專利範圍第1項所述之單色儀，其中當該控制單元依照該資料控制該光柵自一初始位置旋轉至一特定位置，以得到該特定波長光線；當該控制單元再次控制該光柵旋轉以得到另一特定波長光線時，則該特定位置為另一初始位置。
3. 如申請專利範圍第1項所述之單色儀，其更包括一準直鏡，該光線先入射該準直鏡變為準直然後反射出去再入射該光柵；一聚光鏡，用以反射該特定波長光線；以及一輸出光連接器，包括一狹縫以及一光纖插座，被該聚光鏡反射的該特定波長光線先通過該狹縫後再通過該光纖插座由該輸出光連接器輸出。
4. 如申請專利範圍第1項所述之單色儀，其更包括一內置光源以及一準直鏡，該內置光源發射出該光線，該光線先入射該準直鏡變為準直然後反射出去再入射該光柵。
5. 如申請專利範圍第4項所述之單色儀，其中該內置光源更包括一聚焦鏡，使得該光線先通過該聚焦鏡再入射該準直鏡。
6. 如申請專利範圍第5項所述之單色儀，其中該內置光源更包括另一狹縫，使得該光線依序通過該聚焦鏡以及該另一狹縫再入射該準直鏡。
7. 如申請專利範圍第1或4項所述之單色儀，其更包括一濾光片以及一輸出光連接器，該輸出光連接器包括一狹縫，使得該特定波長光線先通過該濾光片後再通過該狹縫由該輸出光連接器輸出，該特定波長光線以外的光線則被該濾光片濾除。
8. 如申請專利範圍第1項所述之單色儀，其更包括一輸出光連接器，該輸出光連接器包括一凹槽以及一光纖插座，使得該特定波長光線先通過該凹槽後再通過該光纖插座由該輸出光連接器輸出，該輸出光連接器係一體成型製成；其中該角度感應器可以為一霍爾感應器、一各向異性磁阻(Anisotropic Magnetoresistance；AMR)感應器、一巨磁阻(Giant Magnetoresistance；GMR)感應器或一穿隧磁阻(Tunnel Magnetoresistance；TMR)感應器，該磁鐵包括一磁感測器以及一永磁體。
9. 如申請專利範圍第1項所述之單色儀，其中該資料記錄波長與光柵旋轉角度之間的關係，該控制單元可依照該資料中該特定波長光線為450nm以控制該光柵旋轉至一第一位置31.2；可依照該資料中該特定波長光線為480nm以控制該光柵旋轉至一第二位置32.4；可依照該資料中該特定波長光線為500nm以控制該光柵旋轉至一第三位置33.1；以及可依照該資料中該特定波長光線為550nm以控制該光柵旋轉至一第四位置35.0。
10. 一種單色儀的自我診斷方法，包括：

    提供一如申請專利範圍第1項所述之單色儀、一量測裝置以及一參考對照表；

    當該磁鐵位於一參考位置時，由該單色儀輸出相對應的一參考波長及一參考光量；

    以該量測裝置測得該參考波長及該參考光量；

    將該參考波長及該參考光量記錄於該參考對照表中；

    以該量測裝置再度測量該磁鐵位於該參考位置時由該單色儀輸出的一波長及一光量；

    比較該波長與該參考波長以及比較該光量與該參考光量，以診斷該單色儀是否運作正常。
11. 一種單色儀的自我診斷方法，包括：

    提供一如申請專利範圍第1項所述之單色儀、一光接收單元、一如申請專利範圍第10項所述之參考對照表、一濾光片、一狹縫以及一輸出光連接器，其中該輸出光連接器包括一凹槽以及一光纖插座；

    令該特定波長光線依序通過該濾光片、該狹縫、該凹槽以及該光纖插座，然後經一光纖輸出至該光接收單元；

    以該光接收單元測量該磁鐵位於該參考位置時由該單色儀輸出的一光量；

    比較該光量與該參考光量，以診斷該單色儀是否運作正常；

    當診斷該單色儀運作異常時發出警報。
12. 一種單色儀的自我診斷方法，包括：

    提供一如申請專利範圍第1項所述之單色儀、一光接收單元、一濾光片以及一參考對照表，其中該濾光片濾除波長小於480nm的光線，大於550nm的光線則直接通過，波長介於480nm至500nm的光線則波長增加穿透率也隨著增加，其中該參考對照表記錄該磁鐵位於一參考位置時由該單色儀輸出的一參考波長及一參考光量，該參考光量係該特定波長光線通過該濾光片後由該光接收單元測得；

    以該光接收單元再度測量該磁鐵位於該參考位置時，該特定波長光線通過該濾光片後由該單色儀輸出的一光量；

    比較該光量與該參考光量，以診斷該單色儀是否運作正常。

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