Мини-спектрометр для смартфона

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к малогабаритным спектральным приборам, предназначенным для измерения характеристик спектра, определения длины волны источника излучения, и может быть использована в различных областях народного хозяйства, а также в геммологии, для оперативного контроля драгоценных камней.
Известен спектральный прибор с продольным разложением света в спектр, (RU 2359239, МПК G01J 3/22, опубл. 20.06.09), содержащий канал излучения, плоское зеркало, диспергирующий элемент, в качестве диспергирующего элемента используется компакт-диск, на котором при помощи маски сохранена узкая кольцевая щель, при этом зеркальная поверхность компакт-диска представляет собой спиральную дорожку, шаг которой соизмерим с длиной волны видимого света, введен светочувствительный датчик с шаговым приводом или линейка фотодиодов.
Основными недостатками указанного прибора является отсутствие блока обработки, невозможность непосредственного наблюдения спектр излучения, громоздкость и неудобство проведения измерений.
Известен также прибор спектрального разложения света и измерения длин волн, взятый за прототип (RU №2472117, МПК G01J 3/18, G02F1/00 опубл. 10.01.2013, Бюл. №1), состоящий из непрозрачного корпуса и диспергирующего элемента, в качестве которого применен компакт-диск, установленный внутри корпуса, отличающийся тем, что для регистрации спектра излучения использован расположенный вне корпуса цифровой фотоаппарат, к экрану которого прикреплена шкала измерения длин световых волн, объектив фотоаппарата вставлен в прикрепленную к внутренней стенке корпуса трубку, внутренний диаметр которой соответствует внешнему диаметру объектива, через отверстие, выполненное в передней стенке корпуса; слева от отверстия расположен канал излучения в виде щели, а в качестве диспергирующего элемента использован фрагмент компакт-диска, вырезанный перпендикулярно направлению дорожек диска, шириной не менее высоты канала излучения и прикрепленный к противоположной стороне корпуса перпендикулярно трубке с объективом.
Основным недостатком данного устройства является отсутствие блока обработки, неточность измерения длины волны, а так же громоздкость устройства.
Технической задачей полезной модели является создание мини-спектрометра для смартфона, работающего в первом порядке длин волн, с целью регистрации, первичной обработки спектра, определения длин волн в диапазоне 400-760 нм, оценки качества спектра источника излучения и выявления его особенностей.
Технический результат заключается в повышении функциональности и универсальности смартфона при одновременном уменьшении габарита мини-спектрометра и погрешности измерения регистрируемых параметров спектра излучения.
Это достигается тем, что в предлагаемом устройстве мини-спектрометра для смартфона, состоящем из непрозрачного корпуса, внутри которого размещено оптически однородное монолитное тело из акрила, с одной стороны которого вклеена проходная пластиковая дифракционная решетка, с другой стороны сформировано выходное зеркало для проецирования спектра на камеру смартфона. Камерой смартфона производится регистрация спектра излучения, процессором смартфона производится обработка параметров регистрируемого спектра согласно специально разработанной программе, результат обработки спектра выводится на экран смартфона.
Оптически однородное монолитное акриловое тело в мини-спектрометре применено для устранения проблем связанных с юстировкой, регулировкой, вибрацией и т.д. Неиспользуемые поверхности акрилового тела покрываются черным эпоксидным клеем с показателем преломления приблизительно равным показателю преломления акрилового тела.
Применение смартфона удобно для пользователя, т.к. позволяет быстро производить регистрацию спектра, визуально наблюдать полученное изображение спектра излучения, оперативно обрабатывать полученное изображение. Специально разработанная программа позволяет выполнять три базовых спектроскопических измерения, а именно: измерять спектры поглощения, отражения и испускания. Интерфейс программы позволяет выбирать способ обработки спектра, отобразить данные в режиме реального времени, оценить работу спектрометра и оперативно изменить настройки, сразу же отобразить результат изменения и сохранить данные.
На фиг. 1 представлен общий вид мини-спектрометра, укрепленного на смартфоне.
На фиг. 2 представлена оптическая схема спектрометра.
На фиг. 3 представлен общий вид мини-спектрометра в корпусе.
На фиг. 4 представлен экран смартфона с интерфейсом программы управления, регистрации и обработки спектра излучения.
Общий вид мини-спектрометра укрепленного на смартфоне, показан на фиг. 1. Мини-спектрометр (фиг. 2) состоит из акрилового световода 1, входной щели 2 расположенной на щелевой камере 3, пластиковой дифракционной решетки 4, вклеенной на входной поверхности 5 монолитного акрилового тела 6, выходной поверхности 7, срезанной под углом 45°, покрытой алюминием и фторидом магния для защиты алюминиевого покрытия от окисления на воздухе, и являющейся выходным зеркалом для проецирования спектра на камеру смартфона.
Прибор работает следующим образом (фиг. 3). Излучение исследуемого источника света через акриловый световод 1 проецируется на щель 2 (4×0,2 мм), находящуюся на щелевой камере 3 под скользящим углом 35°. Далее изображение щели проецируется на проходящую пластиковую дифракционную решетку 4 (1000 штр./мм), вклеенную на входную поверхность 5 монолитного акрилового тела 6. Разложенное решеткой в спектр изображение щели, пройдя монолитное акриловое тело, поступает на плоское зеркало 7 и, отразившись от него, проецируется в объектив камеры смартфона.
Мини-спектрометр, был реализован и проверен экспериментально, он позволяет с высокой степенью точности исследовать характеристики спектра источников излучения.