CN102074155A - 液晶光阀θ调制演示装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种液晶光阀θ调制实时演示装置，包括白光源、光阑、液晶光阀、傅里叶变换透镜、频谱处理屏、像屏、白光源电源、液晶光阀电源和计算机处理系统；光源的前方由近及远依次地放置光阑、液晶光阀、傅里叶变换透镜、频谱处理屏和像屏；白光源电源与光源相连，液晶光阀分别与计算机处理系统和液晶光阀电源相连；液晶光阀作为θ调制片使用，不需要另外制作θ调制片。本发明还提供一种液晶光阀θ调制实时演示装置的使用方法。本发明克服了传统的θ调制片制作过程繁琐、时间长的缺点，使得θ调制实验的演示过程更加实时，有利于学生实验室实验和教师课堂演示。

Description

液晶光阀θ调制演示装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种图像演示装置，尤其涉及一种液晶光阀θ调制演示装置及其使用方法。

背景技术

θ调制是对图像的不同区域分别用取向不同的光栅进行调制，这个不同区域用不同取向光栅调制的图像板就是θ调制片，θ调制片的制作是θ调制实验的核心，然而传统方法制作θ调制片需要设计光路，并经后期处理，这个过程需花费大量的时间。

在先技术[1]（马葭生、宦强，全息光栅和θ调制片的研制，大学物理实验，华东师范大学出版社，1998年8月第一版，295～298）采用马赫-曾德干涉仪在干板处形成干涉条纹，将透光部分缕空的掩模板放置于干板前，对各个部分进行分别曝光，每曝光一次干板片旋转一次，最后经后期处理即可以得到所需的θ调制片。

在先技术[2]（仲明礼，用空间滤波方法制作θ调制全息物片，大学物理，第29卷第4期，41～42）采用空间滤波光学系统制作θ调制片。在空间滤波光学系统的频谱面上放置只允许±1级频谱通过的滤波器，当单色平行光垂直照射无平面上的一维光栅时，将在像平面上得到两个重叠的一维光栅像，同时在成像区域形成光强按余弦规律变换的干涉条纹。用装有缕空模板和全息干板的可旋转组合干板夹对干涉条纹进行三次等时曝光，记录三种不同干涉条纹方向的图案，最后经后期处理即可制作出θ调制全息物片。

在先技术[3]（黄翀、欧阳艳东，多维全息θ调制板制作新技术，汕头大学学报（自然科学版），第17卷第一期，69～73）采用双面镜干涉法在全息干板处形成干涉条纹，将用黑纸片制作的透光部分缕空的掩模板放置于干板前，对各个部分进行分时曝光，最后经后期处理即可以得到所需的θ调制片。

现有技术中θ调制演示装置须制作θ调制片，制作θ调制片的准备手续繁琐，需要在特定环境下，且θ调制片制作时间长。本发明克服现有技术的以上缺陷，提供了一种液晶光阀θ调制演示装置及其使用方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服在先技术在制作θ调制片方面的不足，提供一种液晶光阀θ调制演示装置及其使用方法。

本发明提供一种液晶光阀θ调制演示装置，其特征在于，包括白光源,所述白光源的前方由近及远依次地放置光阑、液晶光阀、傅里叶变换透镜、频谱处理屏和像屏；所述光源与电源相连；所述液晶光阀分别与液晶光阀电源和计算机处理系统相连；所述液晶光阀显示θ调制片图案，作为θ调制片使用。

其中，白光源为溴钨灯、白光发光二极管或汞灯等，白光源与电源相连。液晶光阀为透射式电寻址液晶光阀。计算机处理系统包括计算机主机、显示器、光栅原图和图形制作单元；光栅原图的空间频率是由计算机处理系统给定的。

本发明中的θ调制片图案通过以下步骤制得：

1）：在计算机处理系统的图形制作单元中，旋转光栅原图，改变光栅方向，获得多方向光栅；

2）：将步骤1)获得的多方向光栅复制到待制作图的不同部分中，获得θ调制片原图；

3）：将步骤2)获得的θ调制片原图显示在计算机处理系统的显示器上，获得θ调制片图案。

其中，待制作图是储存在计算机处理系统中的，也可以由制作者自行安排。

本发明液晶光阀θ调制演示装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤一：将光源透过光阑照射液晶光阀上的θ调制片图案；

步骤二：调整傅里叶变换透镜，在频谱处理屏上获得θ调制片图案的频谱；

步骤三：选择通过不同频谱的颜色；

步骤四：在像屏上形成彩色图形。

本发明提供一种θ调制演示装置，包括光路部分和计算机处理系统两部分，光路部分包括白光源、光阑、液晶光阀、傅里叶变换透镜、频谱处理屏、像屏、电源、液晶光阀电源。计算机处理系统则包括计算机处理系统，计算机处理系统包括计算机主机、显示器、光栅原图和图形制作单元。

其中，白光源的前方由近及远依次地放置光阑、液晶光阀、傅里叶变换透镜、频谱处理屏和像屏。电源与溴钨灯相连，液晶光阀电源和计算机处理系统与液晶光阀相连；液晶光阀作为θ调制片使用，不需要另外制作θ调制片。

本发明液晶光阀θ调制演示装置中，在计算机处理系统中将具有不同方向的光栅原图分别填入待制作图案的各个部分后全屏显示，得到θ调制片图案，θ调制片图案是由与液晶光阀相连的计算机处理系统实时制作的。利用液晶光阀的显示功能，显示θ调制片图案，则该液晶光阀在功能上即为一调制片，能够替代传统方法制作所得θ调制片。

现有技术中θ调制片的制作过程，由于需要在实验室安排光路，以及需要暗室处理，因而制作一个特定图形的θ调制片，至少需要一小时以上，不适合演示实验室的实时演示。与现有技术相比，本发明液晶光阀θ调制实时演示装置能够直观的观察到光栅的构成和θ调制片的形成，制作一个θ调制片图案仅需十分钟左右。

另外，采用本发明所述的实时演示装置后，实验者能够根据自己的兴趣，制作各种不同的θ调制片图案进行实时演示，从而极大带动参与者的兴趣。同时，由于演示实验仪的实时性，对于在设计制作中的不足之处，参与者可以及时修改，因而提高了演示的成功率。

总之，本发明的液晶光阀θ调制实时演示装置用于θ调制现象的实时演示，可以直观的呈现θ调制片的构成，可以供学生实验、演示实验室演示或教师课堂演示，有利于学习者掌握白光信息处理系统的相关知识。

附图说明

图1是本发明液晶光阀θ调制演示装置的结构示意图；

图2是实施例1中θ调制片原图的示意图；

图3是实施例1中计算机处理系统中的光栅原图；

图4是实施例1中计算机处理系统制作完成的θ调制片图案；

图5是实施例1中频谱面上所得到的频谱示意图；

图6是实施例1中像平面上所得到的像示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例进一步详细阐述本发明。以下实施例并不是对本发明的限制。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中。

如图1所示：图中1是白光源、2是光阑、3是液晶光阀、4是傅里叶变换透镜、5是频谱处理屏、6是像屏、7是白光源电源、8是液晶光阀电源、9是计算机处理系统。

本实施例的液晶光阀θ调制演示装置，包括光路部分和计算机处理系统两部分，光路部分包括白光源1、光阑2、液晶光阀3、傅里叶变换透镜4、频谱处理屏5、像屏6、电源7、液晶光阀电源8。计算机处理系统则包括计算机处理系统9，计算机处理系统9包括计算机主机、显示器、光栅原图和图形制作单元。

其中，白光源1的前方由近及远依次地放置光阑2、液晶光阀3、傅里叶变换透镜4、频谱处理屏5、像屏6。电源7与光源1相连；液晶光阀电源8和计算机处理系统9与液晶光阀3相连；液晶光阀3作为θ调制片使用，不需要另外制作θ调制片。

本实施例的液晶光阀θ调制演示装置中的白光源1为溴钨灯，液晶光阀3为透射式电寻址液晶光阀。

本实施例的液晶光阀θ调制演示装置的白光源1还可以白光发光二极管、汞灯等。

本实施例的θ调制片图案是通过以下方法制得：

1)：在计算机处理系统9的图形制作单元中，旋转光栅原图，改变光栅方向，获得多方向光栅；

2）：将步骤1）获得的多方向光栅复制到待制作图的不同部分中，获得θ调制片原图；

3）：将步骤2）获得的θ调制片原图显示在计算机处理系统9的显示器上，获得θ调制片图案。

本实施例的θ调制片图案是由与液晶光阀3相连的计算机处理系统9实时制作的，在计算机处理系统9中将具有不同方向的光栅原图分别填入待制作图案的各个部分后全屏显示，得到θ调制片图案。利用液晶光阀3的显示功能，显示θ调制片图案，则该液晶光阀3在功能上即为一调制片，能够替代传统方法制作所得θ调制片。

计算机处理系统9包括图像处理单元以及特定空间频率的光栅原图。光栅原图的空间频率是由计算机处理系统给定的。在图像处理单元中对特定空间频率的光栅进行旋转，则可以改变其光栅方向。在制作θ调制片图案时，将待制作图形划分为几个部分，将不同方向的光栅复制至其中，则可以得到θ调制片原图。将θ调制片原图在显示器全屏显示，就可以完成θ调制片图案的制作。

其中，待制作图是储存在计算机处理系统中的，也可以由制作者自行安排。

本实施例中液晶光阀θ调制演示装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：将光源1透过光阑2照射液晶光阀3上的θ调制片图案；

步骤二：调整傅里叶变换透镜4，在频谱处理屏5上获得θ调制片图案的频谱；

步骤三：选择通过不同频谱的颜色；

步骤四：在像屏6上形成彩色图形。

本实施例的液晶光阀θ调制演示装置，光路部分各个部件组成了单透镜的相干滤波系统，由液晶光阀3作为θ调制片，通过光路调整，在频谱处理屏上5得到θ调制片图案的频谱，通过在频谱处理屏5选通特定的频谱，则可以在像屏6上得到特定颜色组成的图案。

溴钨灯是紫外－可见－近红外波段的理想光源，在实验过程中打开电源7，则溴钨灯发出的光照亮液晶光阀3。

光阑2紧贴溴钨灯放置，以提供实验系统所需的点光源。光阑2的孔径越小，则越有利于频谱处理屏5上的相关操作，然而孔径太小将会使得像屏6上所得到的图形强度过低，影响观察。

本实施例中液晶光阀3，为透射式电寻址液晶光阀，是利用液晶混合场效应制成的一种透射式电寻址空间光调制器，经常用作数字手表、计算器以及笔记本计算机等设备的显示屏。在本发明装置中，打开液晶光阀电源8后，用来显示由计算机处理系统9生成的θ调制片图案。

计算机处理系统9包含计算机主机、显示器以及相关的光栅原图和图形制作单元。用来制作所需要的θ调制片图案。

傅里叶变换透镜4具有成像和变换的双重功能，傅里叶透镜4一方面将液晶光阀3所显示的θ调制片图案进行傅里叶变换，从而在频谱处理屏5上得到其频谱，另一方面将液晶光阀3上所显示的θ调制片图案成像到像屏6上。

频谱处理屏5有两个方面的作用，一方面用来接收θ调制片图案由傅里叶变换透镜4变换后所得到的频谱，另一方面，通过在频谱处理屏5上选通特定的频谱，可以用来控制在像屏6上得到的调制图形的各个部分的颜色。

像屏6背景为白色，用来接收彩色的θ调制片图案。

实施例1 

参考图2是常用的θ调制图形，一共分为三个区域：蓝天、绿地和红墙。在制作由液晶光阀3显示的θ调制片原图时，首先将光栅原图复制进图2中所给图形中代表红墙的区域b，然后将光栅原图旋转60°，再放进代表草地的区域c。最后将光栅原图旋转120°，放进剩下的代表蓝天的区域a，因而最终得到的将会显示到液晶光阀3上的θ调制片图案如图4所示。这里需要指出的是，由于液晶光阀3的显示面积远远小于计算机显示器，因而在液晶光阀3上显示的光栅空间频率将远高于光栅原图的频率。

当由白光源1照亮液晶光阀3后，通过调整傅里叶透镜4，在频谱处理屏5上将得到调制图形的频谱，如图5所示。

在图5所示的频谱中，在代表蓝天的频谱A上选通蓝色通过，在代表红墙的频谱B上选通红色通过，在代表草地的频谱C上选通绿色通过，则在像屏上可以得到如图6所示的蓝天、绿地和红墙的图案。

综上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应属于本发明的技术范畴。

Claims (7)

1.一种液晶光阀θ调制演示装置，其特征在于，包括白光源（1）,所述光源（1）的前方由近及远依次地放置光阑（2）、液晶光阀（3）、傅里叶变换透镜（4）、频谱处理屏（5）和像屏（6）；所述光源（1）与电源（7）相连；所述液晶光阀（3）分别与液晶光阀电源（8）和计算机处理系统（9）相连；所述液晶光阀（3）显示θ调制片图案，作为θ调制片使用。

2.如权利要求1所述的液晶光阀θ调制演示装置，其特征在于，所述白光源（1）为溴钨灯、白光发光二极管或汞灯，所述白光源（1）与所述电源（7）相连。

3.如权利要求1所述的液晶光阀θ调制演示装置，其特征在于，所述液晶光阀（3）为透射式电寻址液晶光阀。

4.如权利要求1所述的液晶光阀θ调制演示装置，其特征在于，所述计算机处理系统（9）包括计算机主机、显示器、光栅原图和图形制作单元；所述光栅原图的空间频率是由计算机处理系统（9）设定。

5.如权利要求1所述的液晶光阀θ调制演示装置，其特征在于，所述θ调制片图案通过以下步骤制得：

1）：在所述计算机处理系统（9）的图形制作单元中，旋转光栅原图，改变光栅方向，获得多方向光栅；

2）：将步骤1）获得的多方向光栅复制到待制作图的不同部分中，获得θ调制片原图；

3）：将步骤2）获得的θ调制片原图显示在计算机处理系统（9）的显示器上，获得θ调制片图案。

6.如权利要求5所述的液晶光阀θ调制演示装置，其特征在于，所述待制作图可储存在计算机处理系统（9）中。

7.如权利要求1所述液晶光阀θ调制演示装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：将光源（1）透过光阑（2）照射液晶光阀（3）上的θ调制片图案；

步骤二：调整傅里叶变换透镜（4），在频谱处理屏（5）上获得θ调制片图案的频谱；

步骤三：选择通过不同频谱的颜色；

步骤四：在像屏（6）上形成彩色图形。

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