中华民国第四十七届中小学科学展览会作品說明书.PDFVIP

中華民國第四十 七屆中小學科學展覽會 作品說明書 高中組 生活與應用科學科 佳作 040812 數位攝譜儀及其數位分析方法 學校名稱：國立大里高級中學 作者： 指導老師： 高二 林育瑞 黃詩翔 高二 劉東霖 張啟中 高一賴偉源 高一賴俊名 關鍵詞： 攝譜儀 發光二極體 數位影像 數位攝譜儀及其數位分析方法 11/27/2006 一、摘要 「數位攝譜儀」是利用光柵分光，使用數位相機拍攝光譜。「數位光譜分析法」是電腦 軟體程式，可將拍攝到光譜數位影像放大成「馬賽克」，作為光譜的最小「色塊」，並將每個 色塊轉換成一組七維的顏色座標[?(波長) ，R(紅) ，G(綠) ，B(藍) ，H(色相) ，S(彩度) ，B(明 度)]分析光譜，可精確測量各種未知光源放射出的光波波長、鑑定原子光譜，且操作方便， 無須使用電路設計，其中： 1. λ 座標係由光譜線的位置(x ,y )轉換而來。 2. R 、G 、B 座標則記錄對應的紅、綠、藍色成分強度 3. H(色相)為紅、黃、藍分佈於360?色環，表示「色彩相貌」，是顏色的特徵。 4. S(彩度)為色彩中灰色的含量，灰色含量越低，彩度值越高，色彩會越飽和。 5. B(明度)為色彩的明亮程度，數值越高接近白色，數值越低接近黑色。 我們完成以下實驗： 1. 測量氫、汞及鈉原子的原子光譜，建立「數位光譜資料庫」。 2. 鑑別波長589.0 、589.6 奈米的鈉雙線。 3. 比較數位相機影像與光學相機正片的色彩顯影。 4. 鑑定太陽光譜中的吸收光譜(Fraunhofer Lines) 。 5. 分析獵戶座α 、β 的可見光光譜。 6. 用顏色座標(λ ,R,G,B)測量發光二極體的波長範圍。 7. 比較He-Ne 雷射與雷射光筆放光的波長範圍，發現雷射光筆之光並非單頻。 8. 使用光感應器測量LED 於不同距離的照度，發現約與距離帄方成反比。 二、研究動機： 高中光學用三稜鏡或光柵分光，用肉眼判讀每條光譜對應特定波長，不但誤差很大，很 難客觀描述光譜顏色。大學用單光儀monochromatic 測量光譜線的波長，但單光儀近百萬 元，無法攜帶。 天文攝影常使用紅、藍、綠3 種濾鏡，利用電腦影像疊合得到彩色的星雲照片，提供我 們將「光譜影像數位化」的靈感。把分光儀結合數位相機、腳架，改良設計為「數位攝譜 儀」，可靈活拍攝各種光源的光譜，分析對應的波長、顏色。 市售LED 封裝成各種形狀，其顏色、發光強度很難品質保證。「數位攝譜儀」直接拍攝 LED 連續光譜，用影像軟體求出波長範圍，用(R,G,B)分析顏色，比產業界公佈的特性曲線 精準，可作為品管分析 。 2 Pic.01: 「數位攝譜儀」裝置圖 三、理論與實驗印證 2 [實驗 1] ：He-Ne 雷射（波長λ ＝632.8nm ），垂直入射600 條/㎜光柵 ，測量繞射角α 。 原理假設狹縫寬為d ，光柵與像屏距離r ，中央亮點與第一亮點距離x ： ? x 由圖形: tan? ?0.41 ???22 .3? ?? r ? ?3 ? 10 ?7 繞射公式 :