夢幻光譜儀輕巧、高解析度,便於攜帶,非常適合觀賞各種光源的光譜。用肉眼能輕易看見日光燈光譜中汞氣體相隔2 nm之雙譜線,使用單眼相機與適合的鏡頭,也能輕易拍攝到燃燒食鹽光譜或太陽光譜中鈉元素相隔0.6 nm之雙譜線。以往在課堂上不容易現場呈現吸收譜線,我們也設計出人人可操作的方式,輕易看見鈉元素的吸收譜線。

將手機或平板、ipod、ipod-mini…平貼在夢幻光譜儀光柵端,也能輕鬆拍下各種光源之光譜。另外,此夢幻光譜儀可以輕易轉換成攝譜儀,拍攝高解析度光譜影像。

我們認為夢幻光譜儀能達到下列三目標

1. 提供一般人與中小學經費能夠負擔的研究級光譜儀
2. 推廣與光譜有關之科普活動,提升光譜相關研究與教學的質與量
3. 與國內廠商合作,將夢幻光譜儀推向全世界,改變光譜科普與教學現況

在過去半年中,已經在幾所學校、科普活動中,推廣最近一代(非最終產品)夢幻光譜儀;也在一些場合,讓一般人使用夢幻光譜儀觀察太陽光譜、省電燈泡等光譜,並當場配合手機拍攝光譜,效果不錯,對改良夢幻光譜儀與落實目標有實質上的助益。
團隊成員都是科學背景,不熟悉相關技術與製造業,花費許多時間尋找合適、價廉、高品質的材料,以及熟練製造技術與光譜實驗方式。研究團隊從2014年8月正式啟動,研發出第一具雛型,歷經一年多,每個組件與環節都經過7代以上的設計、測試與修正,甚至將精密車工、陽極處理完成的鋁合金元件廢棄,重新設計製造,才產生符合要求、精緻、物超所值、商業等級的夢幻光譜儀,可以在輕鬆的氛圍中觀賞各種光源之高解析度光譜。在研發過程中,並設計出全世界第一次簡單有效的觀察/拍攝鈉的吸收譜線與雙譜線。(依據網路搜尋結果,如有人搜尋到更早的結果,請告知,將立即更正。)

我們秉持工業設計的水準與商業設計的品味,打造成輕巧可攜的高解析度之光譜儀精品,造型簡約、清爽,用肉眼就可以輕易看見水銀發射之相隔2 nm的明亮黃色譜線。
用夢幻光譜儀加上燭焰與少許食鹽,就能呈現鈉所發射的雙譜線。

另外,我們也將夢幻光譜儀製作方法公開,設計環節也沒有申請專利。有興趣的玩家耐心閱讀本文,都能DIY夢幻光譜儀。本光譜儀的設計、製作與譜線校準,已完成兩篇論文,分別在2015年1月28日在清華大學舉辦之物理年會、8月21日在清華大學舉辦之物理教育聯合會議發表。

夢幻光譜儀第一代原型設計採用目鏡、光柵、刀片、硬紙板DIY製造。用刀片製作狹縫,貼在金屬墊圈;光柵筒套件用硬紙板、寶特瓶或鋁箔罐做材料。完成的目鏡光譜儀,效果良好。但是狹縫很難精準安置在目鏡焦平面上,加上硬紙板、寶特瓶或鋁箔罐這些材料,多少會輕微變形,使狹縫、目鏡、與相機透鏡三者間的光軸無法精準對齊,因此最新成品採用鋁合製作、黑色陽極處理與螺絲旋鈕裝配。

夢幻光譜儀可以直接接在望遠鏡上,觀賞太陽、月亮、木星等明亮天體光譜。
也可以拍攝各種恆星光譜,做為恆星光譜分類之用。

/ 高規格材料 /
                                                  
準直鏡 

採用天文望遠鏡全金屬、光學玻璃、具備消光螺紋之PL 25 mm高眼目鏡,消色差效果是普級目鏡之最。出瞳端高眼設計,眼睛不用緊貼目鏡,只要稍微湊近即可舒適觀看光譜,也適合近視者戴著眼鏡觀看光譜。

狹縫 

使用雙面刮鬍刀人工製作,狹縫寬度約為30-80微米間。黏貼在黑色陽極處理鋁合金螺旋墊圈上,再以高階相機鏡頭裝置觀察調整、安置在目鏡焦平面處,形成準直鏡。

鋁合金光柵端套件組

 經CNC車床/洗床精密加工製成,黑色陽極處理,散發沉穩的黑色金屬光澤,引人注目、耐看。

光柵

 採用美國Edmund光學公司生產的全像片光柵,刻紋密度為1000 lines/mm,光柵色散角度採用34度,整個光譜位於視野中央。

氖燈

 採用壓克力與8字形接頭作底座,使用一般110V插座即可點亮氖燈,觀察或觀賞氖燈發射光譜。通常觀察發射光譜需要用到高壓氣體放電管,氖燈是日常生活中最容易見到的純發射光譜。一般日光燈或省電燈泡,除了發射光譜,還混合了塗抹在燈管內壁之磷光劑造成的連續光譜。


輕巧設計:便於收納與攜帶

長 15公分、直徑3.4公分、重100多公克。夢幻光譜儀收納在有專利的塑膠螺紋盒中,堅固、輕巧、方便攜帶。注意,任何時候與環境,都不要碰觸到光柵,盡可能保持光柵的清潔。

光譜儀實驗的提升

在光譜分析中,常用氖燈光譜做為參考光譜,進行光譜之譜線校準,獲得將譜線由測量單位(畫素、mm,視採用之單位而定)轉換成譜線的波長(nm)。用此波長轉換方程式,計算其他未知波長之譜線,或是其他光源之譜線波長。

依據我們的測試,氖燈的譜線校準呈現良好的線性關係,最細譜線之寬度約0.6 - 0.8 nm。使用我們自製的狹縫,寬度約為20微米,則最細譜線之寬度約0.2 nm。

目前手機攝影功能與鏡頭品質已經追上初級數位相機,足以承擔一般光譜攝影的需求,我們設計的計簡易、輕巧套件,可以將目鏡光譜儀安置在手機上拍攝光譜。



氖燈光譜之譜線校準

對科學有興趣的個人或家庭都適合擁有夢幻光譜儀,在家庭聚會、同學會、旅遊…時,可以觀賞身邊之太陽、日光燈、燈泡、路燈、電視螢幕等光譜,增添樂趣與知性、拉近人際關係。任何有心人都可以在家使用夢幻光譜儀進行研究等級的相關實驗,或在各種環境中進行光譜監測或檢測。在此理念下,夢幻光譜儀價格設定在2900元以內,譜線解析度至少須達1 nm,體積輕巧容易攜帶,也容易進行光譜觀測或光譜拍攝。

夢幻光譜儀是一個高解析度的光譜儀,除了觀賞各種光源之光譜,也很適合光譜教學。但更希望有心人用來進行家中的溶液檢驗,或居家附近的環境監測,成為一個監督生活與環境品質的利器。

我們已經開始著手研發光纖光譜儀,能將光源與光譜儀分隔一段距離,也很適合用在天文觀測上。天文觀測重心為觀測雙星之都卜勒效應,解析度達到60 km/sec的程度,已經可以進行學術級研究,預計在2016年完成。中期目標為1 km/sec以下的解析度。

將光譜儀與影像介面結合,提供影像與分析功能,成為數位影像光譜儀,更貼近人性介面,單需要結合光學、機電、資訊人才,這是長期目標。如果集資任務能順利完成,將擴充團隊,加快研發數位影像光譜儀的時程。

我們是夢幻光譜儀團隊,謝謝您的閱覽與關心,十分感謝您的支持與贊助。如果你具備光學、機械、機電、資訊方面的專長,也對光譜儀研發有興趣,歡迎與我們聯繫。

問:簡易光譜儀與光譜儀有什麼不同?

答:兩者最大差別在於準直鏡。簡易光譜儀沒有準直鏡,由光柵與狹縫構成,光柵材料可以是全像光柵片、CD、DVD…。光譜儀則是由狹縫、準直鏡、光柵三者構成。簡易光譜儀長度需要超過明視距離(約25公分),人眼才能清楚聚焦、舒適觀察光譜細節,否則只能看見光譜,譜線模糊,無法清晰分辨各譜線。具備準直鏡的光譜儀,長度一手可以掌握,準直鏡將光束平行入射光柵,人眼可以直接湊近目鏡光柵端,清楚觀察光源之光譜。

問:光譜儀與攝譜儀有什麼差別?

答:兩者對基本結構上相同,攝譜儀多了接環套件,可以接上相機或攝影器材拍攝光譜。當然,也可以不用攝影接環套件,直接將相機或手機鏡頭平貼在光譜儀光柵端進行拍攝,如果手穩定或採用相機腳架,也能拍攝到品質良好的光譜影像。

問:什麼是全像光柵片?

答:用一種雷射干涉技術得到的光柵。將雷射光束產生干涉現象,在干涉條紋處安置感光膠片,產生干涉條紋,將膠片顯影後形成光柵。這技術與全像攝影技術雷同,所以稱為全像光柵片。台灣已有大學相關系所(例如文化大學光電物理系)能夠製作、生產全像光柵片,但是還沒有商業化。

問:光柵每mm的條紋數(條紋密度)與光譜有何關聯?

答:光柵的條紋密度與光譜的解析度相關,條紋越密、光譜越寬,越能夠分辨光譜細節。基本上,每mm有500條紋之光柵可以符合一般光譜觀察與教學。夢幻光譜儀採用每mm有1000條紋之光柵,黃光區的譜線分辨率輕易可達1 nm以下。但是光譜越寬,平均亮度越暗,達到一定程度後,不適合人眼觀測,只能用攝影方式取得清晰的光譜。

問:準直鏡有什麼功能?

答:準直鏡的功能是將通過狹縫的光「形成平行光束」。狹縫必須位於準直鏡的焦距處,穿過狹縫的光,通過準直鏡後會形成平行光束,入射光柵。有了準直鏡,光譜儀的長度可以有效縮短,成為一手可以掌握的光譜儀。

問:狹縫的寬度有什麼影響?

答:狹縫越窄,光譜的譜線越細,譜線解析度越高,但是整個光譜比較暗,不利於人眼觀察。依據經驗法則,具有準直鏡的光譜儀,狹縫寬度為50微米左右,適合人眼觀測與攝影。狹縫比50微米細,例如10微米,不適合人眼觀測(除非光源非常強),但是用長時間曝光攝影技巧,可以拍攝到譜線清晰的光譜。

問:相機鏡頭的光學品質對光譜拍攝有影響嗎?

答:有很大影響,鏡頭的光學品質越好,拍攝的光譜影像也越好。原則上,光學玻璃鏡頭的品質優於樹脂玻璃鏡頭,定焦(固定焦距)鏡頭的品質優於變焦鏡頭,世界著名廠牌鏡頭優於副廠牌鏡頭。

問:相機鏡頭的焦距對光譜拍攝有影響嗎?

答:對於同一光柵,光譜色散的程度(色散角度)是固定的,就像一束光線隨著距離而擴大,擴大程度與焦距成正比;也就是說,焦距增長為兩倍,光譜寬度也隨著擴為兩倍。所以相機鏡頭的焦距越長,光譜擴散越寬、越暗,譜線間的距離越寬,越容易分辨相鄰的譜線,但是需要比較長的曝光時間。

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夢幻光譜儀

  • 型號: 夢幻光譜儀
  • 庫存狀態: 有庫存
  • $6,400

  • 稅前: $6,400

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