CN204360677U - 一种教学用光学仪器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种教学用光学仪器，其包括箱体、设置在箱体底部的支架以及设置在所述支架上的滚轮，所述箱体内部设置有光具座、光源、水透镜以及光屏，所述光源、水透镜以及光屏通过固定支架设置在所述光具座上；所述光源包括壳体、设置在壳体外壁上的F光源以及设置在所述壳体内部的激光光源，所述壳体的外壁上设置有一供所述激光光源通过的通孔，所述激光光源包括第一激光光源和第二激光光源，所述第一激光光源以及所述第二激光光源通过固定装置固定在所述壳体内部。本实用新型结构简单，通过设置激光光源及水透镜，更为直观的模拟了眼睛的成像原理，使学校物理教学更加直观化。

Description

一种教学用光学仪器

技术领域

本实用新型涉及一种物理教学用教具，尤其涉及一种教学用光学仪器。

背景技术

目前在物理教学和医学类院校医学物理教学中，老师在上有关“眼睛和眼镜”这一节内容时，由于现行各种版本的教材都是用凸透镜模拟眼睛的晶状体，在探究眼睛成像的原理时，要使远近不同的物体的像成在光屏上，就要换用不同焦距的凸透镜来实现，因器材限制，在实际操作中很难找到一个焦距合适的凸透镜，要使像清晰地成在光屏上，就要改变凸透镜与光屏的距离，这与眼睛的实际调节也不相符；演示近视眼和远视眼晶状体形状改变引起焦距变化时，也只能换用不同焦距的凸透镜来实现，晶状体形状变化无法演示；探究近视眼和远视眼的矫正也很难把像准确成在视网膜上。

总之，按照教材提供的实验器材进行实验，由于实验室所用凸透镜由玻璃材质制成，其凸面曲率固定不变，学生对晶状体的凸度变化和肌肉收缩舒张情况难以感知，且操作难度大，实验效果不明显，这给实际教学带来很大的困难。

另外，现有的F光源成像原理，成像不清晰，并且在调节成像时，调节非常不方便，无法快速调节成像至最清晰的状态，学生无法直观的感受眼睛的成像原理，给教学带来了很大的不便，另一方面，现有的光学教具没有演示光路的教具，更没有同时演示成像情况与光路的关系的教具，学生在学习成像与光路的关系时，只能通过课本上的图片进行学习，使学生理解起来非常困难。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述提到的现有的光学仪器存在的操作困难，给教学带来很大不便的缺点，提供一种教学用光学仪器，其通过设置激光光源及水透镜，能够快速模拟晶状体的凸度变化，并且通过调整水透镜的厚度，模拟眼睛成像清晰度，并且通过调节激光光路，快速调节成像至最清晰的状态，同时演示光路中点光源的交会与成像清晰度的关系。

具体的，本实用新型提供一种教学用光学仪器，其包括箱体、设置在箱体底部的支架以及设置在所述支架上的滚轮，所述箱体内部设置有光具座、光源、透镜以及光屏，所述光源、透镜以及光屏通过支架设置在所述光具座上，

所述光源包括用于演示成像的F光源和用于演示光路的激光光源，所述激光光源包括第一激光光源和第二激光光源；

所述透镜为可变焦距的水透镜；

所述光具座设置有至少一条轨道，使得光源、透镜和光屏中的至少一个可沿轨道移动。

可优选地，所述水透镜包括圆形镜框、橡胶软管、注射器、弹性透明薄膜以及金属杆，所述弹性透明薄膜套设在所述圆形镜框上形成密封腔体，所述腔体的底端通过橡胶软管连接所述注射器，所述橡胶软管外部套设有金属杆，所述金属杆的底部的侧壁上开设有通孔，所述橡胶软管的一端从所述通孔伸出，所述金属杆上端固定于圆形镜框，下端通过底部与光具座的轨道可滑动连接。

可优选地，所述弹性透明薄膜包括第一薄膜以及第二薄膜，所述第一薄膜以及第二薄膜的大小及弹性相同，所述第一薄膜以及第二薄膜分别从两端套设在所述圆形镜框上并与所述圆形镜框共同形成所述密封腔体。

可优选地，所述圆形镜框的厚度为1cm，所述腔体的内径为4-6.5cm。

可优选地，所述第一激光光源以及所述第二激光光源的外部设置有散热器，所述散热器内部设置有腔体，所述第一激光光源以及所述第二激光光源穿设在所述腔体内部。

可优选地，所述光具座上还设置有机械光圈，所述机械光圈设置在所述光源与所述水透镜之间。

可优选地，所述F光源为LED光源，所述LED光源的外部覆盖有一层透光薄膜。

可优选地，所述设置在箱体底部的支架为伸缩支架，伸缩支架包括上底板、下底板以及设置在上底板与下底板之间的伸缩弹簧，上底板、下底板以及伸缩弹簧之间通过销轴连接，伸缩弹簧连接有调节轴，调节轴端部设置有调节旋钮。

可优选地，所述箱体为长方体箱体，所述箱体包括前面板、后面板、左面板、右面板、上面板以及下面板，所述前面板为透明玻璃面板，所述后面板、左面板、右面板、上面板以及下面板为内表面涂覆有遮光层的亚克力板，所述后面板包括位于上部区域的第一面板和第二面板以及位于下部区域的第三面板，所述第一面板与所述第二面板分别通过绞轴能转动地与所述上面板连接，所述第三面板通过绞轴能转动地与所述下面板连接，所述第三面板与所述左面板及所述右面板通过锁扣连接。

可优选地，所述光源包括壳体，所述壳体的外壁上设置有一供激光通过的通孔,所述第一激光光源和第二激光光源通过固定装置设置在所述壳体中，所述固定装置包括底座、支撑杆、第一支架、第二支架、第一固定座以及第二固定座，第一激光光源固定在第一固定座上，第二激光光源固定在第二固定座上，第一支架和第二支架分别连接于第一固定座和第二固定座，第一支架的长度小于第二支架的长度，第一支架以及第二支架分别通过支承轴与支撑杆连接，支撑杆固定于底座上，所述支承轴上设置有第一螺旋锁固定装置,第一支架与第一固定座之间设置有第二螺旋锁固定装置，第二支架与第二固定座之间设置有第三螺旋锁固定装置。

可优选地，所述光源的壳体内部还设置有两个平行的激光光源，所述两个平行的激光光源通过固定架固定在壳体内部。

可优选地，所述光屏为黑色光屏。

可优选地，所述水透镜的上方固定有摄像头，所述摄像头用于拍摄光屏上的成像。

本实用新型的优点如下所述：所述F光源的壳体内部设置有第一激光光源以及第二激光光源，能够模拟光路，通过模拟激光光源，使两束激光光源在光屏上会聚，此时学生能够直观的观察激光光路的透过水透镜并且在光屏上交会在一点，并可以通过调节水透镜的厚度，模拟眼睛的成像，以及近视眼、远视眼和老花眼的成因、成像结果及矫正方法，并且通过先调节激光光源，能够快速调节F光源成像至最清晰的状态，能够了解光路交会点的位置与成像的清晰度的关系，更直观的了解眼睛的成像原理。

所述第一薄膜以及第二薄膜的大小及弹性相同，所述第一薄膜以及第二薄膜分别套设在所述圆形镜框上，在注水时，能够保证圆形镜框的腔体的内径大小相同，保证了实验的精确性。

所述光屏设置为黑色光屏，使成像更加清晰，并且能够保护学生的眼睛，避免学生眼睛受到白纸的刺激。

所述箱体内部除前面板之外设置均涂覆有透光薄膜，便于激光光源演示，并且使F光源成像更加清晰，便于学生观看。

在水透镜的前面设置有机械光圈，通过机械光圈能够过滤掉水透镜的边缘部分，避免水透镜的边缘部分造成成像不清楚，另外，通过调整机械光圈，能够对成像的亮度进行调节。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步解释：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的光具座的结构示意图；

图3为本实用新型的箱体的后视结构示意图；

图4为本实用新型的F光源的结构示意图；

图5为本实用新型的固定装置的正面结构示意图；

图6为本实用新型的固定装置的反面结构示意图；

图7为本实用新型的散热器的结构示意图；

图8为本实用新型的支架的结构示意图；以及

图9为本实用新型的激光光源的光路示意图；

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本实用新型的结构及工作原理做进一步解释：

具体的，如图1所示，本实用新型提供一种设置有激光光源及水透镜的光学仪器，其包括箱体1、设置在箱体1底部的支架2以及设置在支架2上的滚轮3，箱体1内部设置有光具座4、光源5、水透镜6以及黑色光屏7，光源5、水透镜6以及黑色光屏7分别通过各自的固定支架8设置在光具座4上。

如图3所示，箱体1为长方体箱体，箱体1包括前面板101、后面板102、左面板103、右面板104、上面板105以及下面板106，前面板101为透明玻璃面板，后面板102、左面板103、右面板104、上面板105以及下面板106为内表面涂覆有遮光层的亚克力板，在其余的实施例中，也可以为别的板材，遮光曾为黑色遮光薄膜或其它透光薄膜。后面板102包括设置在上部区域的第一面板1021、第二面板1022以及设置在下部区域的第三面板1023，第一面板1021与第二面板1022分别通过绞轴或合页107能转动的与上面板105连接，第三面板1023通过绞轴108能转动的与下面板106连接，第三面板1023与左面板103及右面板104通过锁扣109连接，在使用时，打开锁扣109，即能够将第三面板1023打开，从而方便在箱体1内进行操作，在不使用时，将锁扣109锁上，就能将第三面板1023固定，从而与第一面板1021及第二面板1022组成完整的后面板102，保证箱体1的密闭性。箱体1内还设置有烟雾产生装置，用于产生烟雾，使光路更加清晰，方便学生观看。

如图8所示，箱体1的底部设置有支架2，支架2为伸缩支架，伸缩支架包括上底板21、下底板22以及设置在上底板21与下底板22之间的伸缩弹簧23，上底板21、下底板22以及伸缩弹簧之间通过销轴连接，伸缩弹簧23连接有调节轴24，调节轴24端部设置有调节旋钮25，在使用时，通过拧动调节调节旋钮25，伸缩弹簧23能够伸缩，就能够调节支架的高度。支架2的底部设置有滚轮3，方便在使用时进行移动。箱体的长度为1.2-1.5m，宽度为0.3-0.6m，优选的，箱体的长度为1.2m，宽度为0.4m。

如图2所示，光具座4设置有至少一条轨道40，光具座4上还设置有机械光圈，机械光圈设置在光源5与水透镜6之间。在2中，光具座设置有两条轨道，光源5、机械光圈、水透镜6以及黑色光屏7分别依次设置在光具座4上，水透镜6以及黑色光屏7通过固定支架8固定在光具座4上，在需要调整水透镜6或黑色光屏7的位置时，拧开固定支架8，即能够调整水透镜6或黑色光屏7的位置，光源5可移动的固定在光具座4上，方便随时移动。

如图4所示，光源5包括壳体51、设置在壳体51外壁上的F光源52以及设置在壳体51内部的激光光源，壳体51的外壁上设置有一供激光光源通过的通孔53，通孔53的直径为2mm，激光光源包括第一激光光源54和第二激光光源55，第一激光光源54以及第二激光光源55通过固定装置56固定在壳体51的内部。现有的F光源为凸起的晶体发光体，F光源52为LED光源，LED光源的外部覆盖有一层透光薄膜。F光源52为红光或者红光与蓝光组合。

如图5及图6所示，固定装置56为可调节高度的支架,第一激光光源54以及第二激光光源55分别安装在支架上。通过调整固定装置56，能够调整第一激光光源54以及第二激光光源55的高度。光源5的壳体51内部还设置有两个平行的激光光源，两个平行的激光光源通过固定架固定在壳体51的内部，用于演示平行光线，并且模拟无穷远处两个物体发出的光路情况。

固定装置56包括包括底座560、支撑杆561、第一支架562、第二支架563、第一固定座564以及第二固定座565，第一激光光源54固定在第一固定座564上，第二激光光源55固定在第二固定座565上，第一支架562的长度小于第二支架563的长度，从而使第一激光光源54与第二激光光源55形成一个固定的高度差，第一支架562以及第二支架563分别通过支承轴566与支撑杆561连接，支承轴566设置有第一螺旋锁固定装置567，通过拧动第一螺旋锁固定装置567能使第一支架562旋转，从而调节第一支架562以及第二支架563的高度。第一支架562与第一固定座564之间设置有第二螺旋锁固定装置568，第二支架563与第二固定座565之间设置有第三螺旋锁固定装置569，通过拧动第二螺旋锁固定装置568或第三螺旋锁固定装置569能够分别使第一支架562或第二支架563旋转。

如图7所示，第一激光光源54以及第二激光光源55的外部设置有散热器57，散热器57内部设置有腔体58，散热器57的外部设置有散热孔59，第一激光光源54以及第二激光光源55穿设在腔体58内部。第一激光光源54以及第二激光光源55通过充电电池进行供电，充电电池的电压为3.7V，F光源52的充电电池的电压为12V。第一激光光源54以及第二激光光源55通过无线电磁开关进行控制。

水透镜6包括圆形镜框61、橡胶软管62、注射器63、弹性透明薄膜64以及金属杆65，弹性透明薄膜64套设在圆形镜框61上形成密封的腔体66，腔体66的底端通过橡胶软管62连接注射器63，橡胶软管62外部套设有金属杆65，金属杆65的底部的侧壁上开设有通孔67，橡胶软管62的一端从通孔67伸出。金属杆65上端固定于圆形镜框61，下端通过底部与光具座4的轨道40可滑动连接。

水透镜6的上方固定有摄像头，摄像头用于拍摄黑色光屏7上的成像，方便学生观测，摄像头通过USB接口连接计算机，并将图像上传至计算机，计算机连接有呈像屏，学生能够在成像屏上观看成像过程。

优选的，弹性透明薄膜64包括第一薄膜641以及第二薄膜642，第一薄膜641以及第二薄膜642的大小及弹性相同，第一薄膜641以及第二薄膜642分别从两端套设在圆形镜框61上共同形成密封腔体66。

优选的，圆形镜框61的厚度为1cm，腔体66的内径为4-6.5cm。优选的为6.5cm，此时成像更加清晰。

本实用新型的工作原理如下所述：

在演示时，如图9所示，打开第三面板1023，打开烟雾产生装置，使箱体内充满烟雾，方便显示光路，首先打开F光源52，并通过调节水透镜的厚度，使学生观察水透镜的厚度对成像清晰度的影响，其次通过无线电磁开关，先打开第一激光光源54，让学生观看激光光源的透射，进一步打开第二激光光源55，设定光源5与光屏7之间的距离，使两束光束所成角度为15度，光路通过水透镜6后相交于一点，通过调节水透镜6的厚度，使光路通过水透镜6后在黑色光屏7上相交于一点，此时模拟眼睛成像最清晰的状态，打开F光源52，F光源52在黑色光屏7上显示出最为清晰的像，学生能够清晰直观的观察光路的交会位置与成像是否清晰的关系，进一步了解眼睛成像的原理。

之后通过调整水透镜6的厚度，可以演示老花眼的成因，并且通过移动光屏7演示近视眼以及远视眼的形成原因、成像情况以及矫正方法，通过增加凹透镜及凸透镜能够对近视眼及远视眼进行矫正，方便学生观看。

本实用新型的优点如下所述：光源5的壳体内部设置有第一激光光源54以及第二激光光源55，能够模拟光路，通过模拟激光光源，使两束激光光源在光屏上会聚，此时学生能够直观的观察激光光路的透过水透镜并且在光屏上交会在一点，并可以通过调节水透镜的厚度，模拟眼睛的成像，以及近视眼、远视眼和老花眼的成因、成像结果及矫正方法，并且通过先调节激光光源，能够快速调节F光源52成像至最清晰的状态，能够了解光路交会点的位置与成像的清晰度的关系，更直观的了解眼睛的成像原理。并且通过设置平行光源，能够模拟点光源的光路，同时模拟无穷远处物体的发光光路，使学生更加直观的观看。

第一薄膜641以及第二薄膜642的大小及弹性相同，第一薄膜641以及第二薄膜642分别套设在圆形镜框61上，在注水时，能够保证圆形镜框的腔体的内径大小相同，保证了实验的精确性。

光屏设置为黑色光屏，使成像更加清晰，并且能够保护学生的眼睛，避免学生眼睛受到白纸的刺激。箱体1内部除前面板之外设置均涂覆有透光薄膜，便于激光光源演示，并且使F光源52成像更加清晰，便于学生观看。

在水透镜6的前面设置有机械光圈，通过机械光圈能够过滤掉水透镜6的边缘部分，避免水透镜6的边缘部分造成成像不清楚，另外，通过调整机械光圈，能够对成像的亮度进行调节。水透镜6的上方设置有摄像头，摄像头通过数据线连接在计算机上，摄像头能够拍摄光屏7的成像过程，方便学生们通过计算机的大屏幕进行观看。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种教学用光学仪器，其包括箱体、设置在箱体底部的支架以及设置在所述支架上的滚轮，所述箱体内部设置有光具座、光源、透镜以及光屏，所述光源、透镜以及光屏通过支架设置在所述光具座上，其特征在于：

所述光源包括用于演示成像的F光源和用于演示光路的激光光源，所述激光光源包括第一激光光源和第二激光光源；

所述透镜为可变焦距的水透镜；

所述光具座设置有至少一条轨道，使得光源、透镜和光屏中的至少一个可沿轨道移动。

2.根据权利要求1所述的教学用光学仪器，所述水透镜包括圆形镜框、橡胶软管、注射器、弹性透明薄膜以及金属杆，所述弹性透明薄膜套设在所述圆形镜框上形成密封腔体，所述腔体的底端通过橡胶软管连接所述注射器，所述橡胶软管外部套设有金属杆，所述金属杆的底部的侧壁上开设有通孔，所述橡胶软管的一端从所述通孔伸出，所述金属杆上端固定于圆形镜框，下端通过底部与光具座的轨道可滑动连接。

3.根据权利要求2所述的教学用光学仪器，其特征在于：所述弹性透明薄膜包括第一薄膜以及第二薄膜，所述第一薄膜以及第二薄膜的大小及弹性相同，所述第一薄膜以及第二薄膜分别从两端套设在所述圆形镜框上并与所述圆形镜框共同形成所述密封腔体。

4.根据权利要求3所述的教学用光学仪器，其特征在于：所述圆形镜框的厚度为1cm，所述腔体的内径为4-6.5cm。

5.根据权利要求1所述的教学用光学仪器，其特征在于：所述第一激光光源以及所述第二激光光源的外部设置有散热器，所述散热器内部设置有腔体，所述第一激光光源以及所述第二激光光源穿设在所述腔体内部。

6.根据权利要求1所述的教学用光学仪器，其特征在于：所述光具座上还设置有机械光圈，所述机械光圈设置在所述光源与所述水透镜之间。

7.根据权利要求4所述的教学用光学仪器，其特征在于：所述F光源为LED光源，所述LED光源的外部覆盖有一层透光薄膜。

8.根据权利要求1所述的教学用光学仪器，其特征在于：所述设置在箱体底部的支架为伸缩支架，伸缩支架包括上底板、下底板以及设置在上底板与下底板之间的伸缩弹簧，上底板、下底板以及伸缩弹簧之间通过销轴连接，伸缩弹簧连接有调节轴，调节轴端部设置有调节旋钮。

9.根据权利要求1所述的教学用光学仪器，其特征在于：所述箱体为长方体箱体，所述箱体包括前面板、后面板、左面板、右面板、上面板以及下面板，所述前面板为透明玻璃面板，所述后面板、左面板、右面板、上面板以及下面板为内表面涂覆有遮光层的亚克力板，所述后面板包括位于上部区域的第一面板和第二面板以及位于下部区域的第三面板，所述第一面板与所述第二面板分别通过绞轴能转动地与所述上面板连接，所述第三面板通过绞轴能转动地与所述下面板连接，所述第三面板与所述左面板及所述右面板通过锁扣连接。

10.根据权利要求1或4所述的教学用光学仪器，其特征在于：所述光源包括壳体，所述壳体的外壁上设置有一供激光通过的通孔,所述第一激光光源和第二激光光源通过固定装置设置在所述壳体中，所述固定装置包括底座、支撑杆、第一支架、第二支架、第一固定座以及第二固定座，第一激光光源固定在第一固定座上，第二激光光源固定在第二固定座上，第一支架和第二支架分别连接于第一固定座和第二固定座，第一支架的长度小于第二支架的长度，第一支架以及第二支架分别通过支承轴与支撑杆连接，支撑杆固定于底座上，所述支承轴上设置有第一螺旋锁固定装置,第一支架与第一固定座之间设置有第二螺旋锁固定装置，第二支架与第二固定座之间设置有第三螺旋锁固定装置。