[發明專利]一種數字化光電實驗裝置及其教學方法

有效

• 申請號: 201410024460.8
• 申請日: 2014-01-20
• 公開（公告）號: CN103745637B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發明（設計）人: 殷長志;張翔
• 申請（專利權）人: 上海瑞立柯信息技術有限公司
• 主分類號: G09B23/22
• 分類號: G09B23/22
• 代理公司: 廣東世紀專利事務所 44216
• 代理人: 楊超

技術領域

本發明涉及一種光電實驗裝置，具體是一種數字化光電實驗裝置及其教學方法。

背景技術

在傳統的物理、光學工程與信息光學等專業的教學過程中,光學教學內容中幾何光學、干涉、衍射、全息等知識領域的教學實驗內容采用包括各種透鏡、狹縫、光闌、白板等光學元件來完成，需要在專門的光學平臺上搭建組合各種元件，參數調整和更換相對繁瑣，且成本較高。同時，普通的光學實驗結果無法實時地通過網絡將光學實驗結果圖像共享到遠端，實驗過程和實驗結果從空間上無法超越實驗場地的范圍,也不利于實驗結果的快速分享和分析。而且，大量實體光學元件需要在實驗過程中被搭建在光學平臺上，不同實驗內容需要更換元器件、重新調節光路，這對工作人員的管理、維護工作帶來極大的不便和工作量。

關于液晶空間光調制器用于光學實驗的論文和技術雖然早有傳播，但沒有統一的具體實現集成裝置，而是臨時地將各個構成部件搭建在光學平臺上固定起來，無法脫離實驗室環境做到便攜化、集成化。通常這種做法是利用光具固定座、光學支架等機械裝置將包括液晶空間光調制器、透鏡、棱鏡等在內的光學元件按照光路需要依次排列搭建成實驗光路，無法整體移動和復制，也未能充分計算機網絡技術，存在一定局限性。

發明內容

針對上述現有技術所存在的問題，本發明的目的是提供一種集成了數字化元件、觀察裝置和網絡裝置的可脫離實驗室光學平臺環境的數字化光電實驗裝置。

為達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：一種數字化光電實驗裝置，其特征在于包括有：

光源模塊，用于給裝置提供光源；

準直擴束模塊，用于獲得滿足實驗要求大小的光束；

空間光調制模塊，用于模擬實驗所需的各種光學元件；

觀察成像模塊，用于觀察和采集實驗結果；

輔助光路模組，安裝于上述各模塊之間用于改變主光路上的光束；

以及安裝平臺，用于安裝上述各模塊，提供安裝接口便于接駁輔助光路模組和提供與外界PC機連接的接口。

其中，本發明可以與外界PC機連接，通過在外界PC機上安裝相應的軟件即可實現生成控制指令和接收并處理實驗結果。當然也可以將該功能集成化，即本發明還包括有計算機控制模塊，利用計算機系統實行光學元件數字化、生成控制指令輸出到空間光調制模塊并顯示相應的模擬圖形，接收并處理來自觀察成像模塊中采集到的實驗結果，并提供數據交換接口連接外部共享設備。

上述準直擴束模塊包括用于固定上述光源模塊的固定夾具、小孔濾波裝置、反射鏡、擴束透鏡模組和反射鏡，所述小孔濾波裝置、反射鏡、擴束透鏡模組和反射鏡通過帶微調裝置的基座固定在安裝平臺上，反射鏡與擴束透鏡模組的中心距離滿足擴束透鏡模組焦距的要求。

為了使該實驗裝置適合不同的實驗，甚至用于科研目的而非簡單的教學目的，上述空間光調制模塊可以為透射式空間光調制器模組，所述透射式空間光調制器模組依次包括有起偏器、透射式空間光調制器、檢偏器和可變光闌，所述可變光闌為可選組件，用于將通過透射式空間光調制器后的被調制光斑進行選擇過濾以獲得合適的觀察光斑；上述空間光調制模塊可以為反射式空間光調制器模組，所述反射式空間光調制器模組依次包括有反射鏡、分光棱鏡和反射式空間光調制器，所述反射鏡為可選組件，該反射鏡采用活動鉸鏈結構或可旋轉結構連接在安裝平臺的固定軸上。

本發明的觀察成像模塊包括有共軛成像透鏡和圖像采集組件，所述共軛成像透鏡用于將調制結果進行成像以獲得清晰的實驗結果，所述圖像采集組件用于將實驗結果實時采集到上述計算機控制模塊上。

為了能實現干涉、衍射、全息等眾多實驗內容，上述輔助光路模組包括有分光棱鏡、反射鏡和合光棱鏡，根據需要選擇其中的一種或者兩種以上的結合，所述輔助光路模組采用活動鉸鏈結構或可旋轉結構連接在安裝平臺的固定軸上。故不用時旋轉一個角度即可其從主光路中移開。

本發明的計算機控制模塊可以外接，也可以集成，集成的計算機控制模塊包括有系統主板、設置在系統主板上的連接空間光調制模塊的接口、連接網絡模塊的接口、連接外部顯示設備的接口和圖像采集控制板卡接口、以及操作控制處理電路板和控制面板，所述控制面板上設有用于選擇實驗內容的旋轉按鈕、調整參數用的滑塊組件和用于顯示實驗名稱和參數內容及相應值的顯示屏。

一種數字化光電實驗裝置的教學方法，其特征在于包括以下步驟：

（A）、根據實驗內容，選擇相應的模塊進行組裝，包括上述的光源模塊、準直擴束模塊、空間光調制模塊、觀察成像模塊、輔助光路模組和計算機控制模塊；