Spectrometer
Dit project is een optische spectrometer gebaseerd op een ILX533K lineare charge coupled device (CCD) sensor die functioneert in het zichtbare deel van het optische spectrum. Om deze CCD sensor aan te sturen en uit te kunnen lezen wordt gebruik gemaakt van een microcontroller unit (MCU) die instructies ontvangt en CCD data terug stuurt via een seriële verbinding met een PC.
MCU keuze
Volgens de datasheet van de ILX533K is een kloksnelheid van ~ 1 MHz gebruikelijk. Aangezien de uitgang van de ILX533K analoog is, moet de analoog naar digitaal converter (ADC) sample rate de benodigde kloksnelheid kunnen halen. Verder heeft de ILX533K een resolutie van 1×2700 pixels per kanaal (rood, groen en blauw). De drie kleuren-kanalen worden gecombineerd in deze toepassing, waardoor de MCU 2700 samples per uitlessstap moet kunnen opslaan in RAM.
Er is gekozen voor de Arduino Mega met de ATMega2560 MCU. Deze heeft een interne ADC met een resolutie van 10 bits en heeft 8 KB RAM beschikbaar, welke geschikt zijn om de hoeveelheid data verkregen uit één uitleesstap op te slaan. De aangeraden sample rate van de ADC in de ATMega2560 ligt lager dan de gebruikelijke ILX533K kloksnelheid, maar door de ADC klok prescaler in de ATMega2560 te optimaliseren kan de gewenste ILX533K kloksnelheid voor zover mogelijk benaderd worden, terwijl ADC-afleesfouten door een te hoge kloksnelheid voorkomen worden.
ILX533K CCD signalen
De ILX533K heeft drie φROG pins, een per kanaal (rood, groen en blauw), twee complementaire pins φ1 en φ2 en een φRS transfer pulse pin. Het uitlezen van de ILX533K begint met een laag naar hoog transitie van φ1 en een hoog naar laag transitie van φ2, gevolgd door een puls van φROG.
Diffractie-tralie
Een diffractie tralie reflecteert of transmitteert licht onder een hoek die afhankelijk is van de golflengte aan de hand van de relatie (Diffraction-Grating)
$ \sin{(\theta_i)} + \sin{(\theta_m)} = \frac{m \lambda}{d} $,
waarbij $ \theta_i \, \mathrm{[-]} $ de invalshoek ten opzichte van de normaal is, $ \theta_m \, \mathrm{[-]} $ de uitstraalhoek ten opzichte van de normaal is, $ m \, \mathrm{[-]} $ de diffractie-orde is, $ \lambda \, \mathrm{[m]} $ de golflengte is en $ d \, \mathrm{[m]} $ de afstand tussen de tralie-openingen is. Hier wordt de eerste orde diffractie gebruikt, waarbij $ m = 1 $ aangenomen wordt.