一種用於光波幹涉場的數字成像系統的製作方法

2023-04-23 06:09:37

本發明涉及光學測量技術領域，具體涉及一種用於光波幹涉場的數字成像系統。

背景技術：

光的幹涉和衍射現象表明光是一種波動。在大學物理實驗教學中，利用幹涉現象(條紋)測量其它物理量(如：雷射波長、透鏡的曲率半徑等)的教學內容很普及，是學生需學習掌握的最基本的測量方法，在各大專院校是必不可少的基礎物理實驗教學內容。

使一波列先分解後再交疊，產生幹涉的方法有兩種：

1分波前法(division wavefront)：點光源產生的波前在橫向分為兩部分，使其分別通過兩個光學系統，經衍射、反射、折射或散射而實現交疊，產生幹涉。楊氏雙縫實驗是這類分波前幹涉裝置的典型代表。

2分振幅法(division of amplitude):讓一束光投射到由透明板製成的分束器，光能流一部分反射，一部分透射，再通過反射鏡等一類光學元件，讓這兩束光發生交疊，產生幹涉。牛頓環產生的幹涉、邁克耳孫幹涉儀和多光束幹涉儀，均系分振幅幹涉。

楊氏雙縫幹涉實驗是大學物理基礎教學內容之一，要求在教學過程中，測量微觀視場中的幹涉條紋間距、雙稜鏡產生的兩個虛光源間距d以及狹縫到接收屏的距離D，從而根據公計算光源的波長λ。

原理圖見圖1：S是寬度可調的單狹縫，B是雙稜鏡，L是正透鏡，各元件在光具座上的位置可通過光具座上的刻度尺讀出。

學生在測量前，需使狹縫S對正雙稜鏡稜脊，再調節稜脊與狹縫平行；之後，用測微目鏡取代接受屏。通過測微目鏡，邊觀察，邊調節狹縫S寬度，此時可觀察到幹涉條紋。為了便於測量方便，有時還需改變狹縫S與雙稜鏡B之間的距離d,使條紋間距適當。完成以上調節後，就可用測微目鏡測量幹涉條紋的間距了。

但是，現有技術的缺點在於:

1.傳統幹涉場,幹涉條紋的觀察和測量,都是通過微小視場實現(如:測微目鏡),學生測量非常困難。

2.傳統微觀視場的觀察方法,都是通過顯微鏡成像系統,無法實現多人同時觀摩和演示。

3.傳統觀測方法,無法對形成的幹涉圖樣實現像質的修改和信息存儲。

4.傳統的觀察和測量方法，人眼無可避免的要長時間面對強光照射,甚至無法避免對人眼造成的損傷。

5.傳統的觀察和測量方法是通過測微目鏡實現的。學生單人在觀測時，眼睛必須時刻緊貼測微目鏡，無法同時完成對成像系統其它部件的調解。

技術實現要素：

本發明的目的是針對現有技術中的不足，提供一種用於光波幹涉場的數字成像系統，將CCD數字成像系統引入光波幹涉場，將微觀幹涉場實現放大，並使模擬信號轉換為數位訊號，便於觀察、測量以及對幹涉圖樣的存儲和修改。

為實現上述目的，本發明公開了如下技術方案：

一種用於光波幹涉場的數字成像系統，包括滑塊部分和CCD成像部分：

滑塊部分：包括滑塊、螺旋測微器和支杆，螺旋測微器安裝在滑塊上，螺旋測微器的讀數鼓輪與支杆底部固定連接，支杆在該讀數鼓輪的作用下，相對於光軸方向，左右進行精密移動；

CCD成像部分：包括支柱架、固定圈、縮小鏡、轉接環和CCD像感器，支柱架的支柱與支杆插接，固定圈固定安裝在支柱架上，縮小鏡水平插接在固定圈內，縮小鏡與CCD像感器通過設有內絲的轉接環連接，CCD像感器通過數據線與計算機連接。

進一步的，所述支柱架的支柱與支杆連接處設有緊固螺絲。

進一步的，所述縮小鏡為0.5倍縮小鏡。

進一步的，所述縮小鏡與固定圈通過緊固螺絲固定。

進一步的，所述固定圈內徑23.5mm，與之對應的，縮小鏡外徑為23.2mm，轉接環內徑23.3mm，CCD像感器鏡筒外徑為23.2mm。

本發明公開的一種用於光波幹涉場的數字成像系統，具有以下有益效果：

1.通過該CCD數字成像系統對幹涉場進行放大,並實現計算機顯示器展示,可方便對放大圖像的觀測和測量,提高待測物理量的測量準確度。

2.在教學演示過程中,可實現生動的動態畫面展示,培養學生的興趣,提高教學質量。

3.通過該數字成像系統,不僅可對圖像質量(銳度、亮度、色度、對比度等)進行必要的修改；而且可適時對重要的圖像進行存儲。

4.可使觀察者直接觀看計算機顯示屏顯示的圖像,進行所需的測量,避免光源的強光直接照射人眼而造成的損傷。

5.可使觀測者在觀察計算機顯示屏的同時,方便的進行其它調節過程。

附圖說明

圖1是雙稜鏡幹涉原理圖；

圖2是滑塊部分結構示意圖；

圖3是CCD成像部分結構示意圖；

其中：

1-滑塊，2-讀數鼓輪，3-支杆，4-緊固螺絲，5-螺旋測微器，6-支柱，7-固定圈，8-緊固螺絲，9-縮小鏡，10-轉接環，11-CCD像感器，12-數據線

具體實施方式

下面結合實施例並參照附圖對本發明作進一步描述。

一種用於光波幹涉場的數字成像系統，包括滑塊部分和CCD成像部分：

滑塊部分：見圖2，包括滑塊1、螺旋測微器5和支杆3，螺旋測微器5安裝在滑塊1上，螺旋測微器5的讀數鼓輪2與支杆3底部固定連接，支杆3在該讀數鼓輪2的作用下，可相對於光軸(導軌)方向，左右進行精密移動；

CCD成像部分：見圖3，包括支柱架、固定圈7、縮小鏡9、轉接環10和CCD像感器11，支柱架的支柱6與支杆3插接，固定圈7固定安裝在支柱架上，縮小鏡9水平插接在固定圈7內，縮小鏡9與CCD像感器11通過設有內絲的轉接環10連接，CCD像感器11通過數據線12與計算機連接。

作為具體實施例，所述支柱架的支柱6與支杆3連接處設有緊固螺絲4，通過緊固螺絲4可將支柱架的支柱6與支杆3緊固連接。

作為具體實施例，所述縮小鏡9為0.5倍縮小鏡。由於CCD像感器11在放大幹涉圖像時，會導致圖像變形失真。因此，加入一個縮小鏡9，可保證在電腦屏幕上顯示的圖像與用眼睛直接觀察到的一致。

作為具體實施例，所述縮小鏡9與固定圈7通過緊固螺絲8固定。

作為具體實施例，所述固定圈7內徑23.5mm，與之對應的，縮小鏡9外徑為23.2mm，轉接環10內徑23.3mm，CCD像感器鏡11筒外徑為23.2mm。

在測量幹涉條紋間距時，轉動螺旋測微器5，可使CCD像感器驅動軟體中自帶的標尺相對於幹涉條紋移動。移動的距離通過螺旋測微器的鼓輪讀數，從而可測量每個幹涉條紋的間距。

本發明在光波幹涉場中的應用，一方面，可使細微的幹涉條紋放大，便於動態觀察和測量幹涉場中的條紋間距以及條紋寬度，提高測量的準確度；同時還可將模擬信號產生的圖像轉換為數位訊號，便於對截取圖像的存儲和修改；另一方面，可避免長時間觀測強光幹涉場而造成的人眼損傷，且可實現多人同時對微觀放大視場的觀測和演示。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，而非對其限制；應當指出，儘管參照上述各實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，其依然可以對上述各實施例所記載的技術方案進行修改，或對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改和替換，並不使相應的技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的範圍。