CN107195234A - 遥控变色投影牛顿环演示仪 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种遥控变色投影牛顿环演示仪，该演示仪采用遥控变色光源从反射、透射两个方向照射牛顿环仪，可以产生反射、透射的白光、红光、绿光、蓝光以及其他多种合成光的不同波长的牛顿环干涉图案，可以进行不同波长、不同照射方式的干涉图案的变化，也可以反射、透射同时照射验证两种图案的互补消光。干涉图案用小型摄像机拍摄图案后输出视频信号，通过链接显示器或投影设备输出图像在多媒体教室进行演示。有益效果是采用变色LED灯作为干涉光源，光源具有颜色渐变、闪烁等功能，令演示效果更具有吸引力。该仪器体积小巧，整合在一个手提箱内，便于携带，可直接输出VGA等多种信号，适合光学理论课堂等多种场合开展演示实验。
Description
技术领域
本发明涉及一种演示仪器，特别是一种遥控变色投影牛顿环演示仪。
背景技术
牛顿环仪是一个由平凸透镜和平板玻璃构成的装置，平凸透镜的凸面与平板玻璃之间构成轴对称型的空气薄膜，其对称轴为平凸透镜的中轴。当光通过牛顿环仪时便会发生牛顿环干涉现象。
牛顿环干涉现象是一种典型的干涉现，是大学物理波动光学中的重要内容，相关原理和技术在生产、科研中应用较广，比如测量透镜的曲率半径、测量光滑平面的平整度等。但在实际教学中，现有的实验装置必须在暗室环境下、使用显微镜、以钠灯或汞灯作光源才能看实现，这些实验条件限制了在多班合一的理论课堂上根本无法满足：装置复杂无法携带，暗室条件无法达到，用显微镜不能多人同时观看，尤其老师和学生不能同时看到现象，无法同步讲解，而且100多人的大班也没有时间每人轮流看一眼显微镜。
已经申请的专利《便携式多光源牛顿环演示仪》(申请号 201521096095.8，201510990322.X)不具有透射功能，不能进行反射、透射的对比和互补相消演示；采用多个光源，光照方向不单一，体积大；光源不能连续渐变，没有动态演示功能；不能看到内部结构，演示不直观；没有遥控功能，不能远距离操作，不便于课堂使用。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种遥控变色投影牛顿环演示仪，该演示仪体积小巧，操作简单，可以通过显示器、投影仪等设备显示反射、透射和反射透射同时对比互补的牛顿环干涉图案，采用遥控器控制光源明暗和颜色，可以选择红、绿、蓝等单色光和白光，也可以多色光连续循环渐变显示或者闪烁，演示不同波长的光照下牛顿环干涉图案的特点，适用于在多媒体教室配合大学物理理论课进行同步课堂演示。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供遥控变色投影牛顿环演示仪，其中：该演示仪包括有外壳、VGA视频切换器、视频切换按钮、VGA 数据线、光路暗箱、220V转5V电源适配器A、220V转12V电源适配器B、遥控器；其中光路暗箱由光路暗箱箱体和光路暗箱面板组成，其中包括摄像机A、镜头A、透射光源、透射光源毛玻璃、透射光源支架、反射光源、反射光源毛玻璃、反射光源支架、牛顿环仪、控制盒、电源盒、透射光开关、反射光开关、总开关、12V电源接口、摄像机B、镜头B。
所述镜头B安装在摄像机B上，反射光毛玻璃安装在反射光源上，反射光源安装在反射光源支架上，摄像机B和反射光源分位于牛顿环仪中轴两侧的对称区域；透射光毛玻璃安装在透射光源上，透射光源安装在透射光源支架上，透射光源位于牛顿环仪后方，且透射光源、牛顿环仪和摄像机B在同一条直线上；透射光源和反射光源接入控制盒由控制盒控制；控制盒接入电源盒；反射光开关、透射光开关、总开关以及12V电源接口安装在电源盒上，电源盒安装在光路暗箱面板里侧；镜头A安装在摄像机A上，摄像机A安装在光路暗箱侧面正对着其中的光学器件；以上部分全部位于光路暗箱箱体内，光路暗箱面板盖在光路暗箱箱体上且光路暗箱面板有开孔使反射光开关、透射光开关、总开关以及12V电源接口由孔穿过光路暗箱面板暴露在外。光路暗箱安装在外壳右侧；VGA视频切换器安装在外壳左侧,VGA视频切换器上安装有视频切换按钮，VGA视频切换器通过VGA数据线接入显示器、投影仪等外接显示设备输出图像信息；摄像机A和摄像机B通过VGA数据线接入 VGA视频切换器；12V电源适配器是220V转12V电源适配器，接入电源盒为其供电；遥控器与控制盒相匹配，向控制盒发送操纵信号。
本发明的效果是：
(1)能够拍摄到牛顿环干涉图像并且通过外接的显示器、投影仪等显示设备在屏幕上显示出来，适合在多媒体教室与理论课同步演示。
(2)采用遥控器控制，操作人员可以远离仪器，边讲解边演示。
(3)可以分别演示反射、透射牛顿环图案，可以通过开关切换对比两种图案，也可以同时显示两种干涉图案的互补相消效果。
(4)遥控变色光源可以演示不同波长的光的干涉图案，包括单色和得色(白色)。
(5)光源可以在多种颜色(即不同波长)之间连续渐变或闪烁，动态演示干涉圆环半径随波长变化的关系。
(6)可以通过摄像机观察暗盒内部光路结构，能直观看到实验的各个过程，可直接用于讲解牛顿环原理，方便课堂教学。
(7)干涉现象在光路暗箱中进行不会受到外界光照的干扰。对使用环境的要求低，在各种环境中都可以有效保证实验效果。
(8)体积小巧，便于携带。
附图说明
图1是本发明的光路暗箱侧面透视结构图；
图2是本发明的结构图；
图3是本发明的光路暗箱结构图；
图4是本发明的光路暗箱面板结构图。
图中：
1、光路暗箱箱体 2、透射光毛玻璃 3、透射光源
4、透射光源支架 5、控制盒 6、牛顿环仪 7、反射光毛玻璃
8、反射光源 9、电源盒 10、镜头B 11、摄像机B
12、透射光开关 13、遥控器 14、5V电源适配器 15、摄像机A
16、光路暗箱面板、17、12V电源适配器 18、外壳
19、视频切换按钮 20、VGA视频切换器 21、VGA数据线
22、反射光开关 23、总开关、24、12V电源接口
25、光路暗箱 26、镜头A 27、反射光源支架
具体实施方式
结合附图对本发明的遥控变色投影牛顿环演示仪结构加以说明。
本发明的遥控变色投影牛顿环演示仪设计思想是针对大学物理中牛顿环的等厚干涉这一内容，设计一款体积小巧、便于携带、能在多媒体教室演示的演示实验装置，用于演示不同波长、不同照射方式(反射和透射)下的牛顿环干涉现象。本发明采用可变色LED光源，从反射和透射两个方向照射牛顿环仪，用两个摄像机分别拍摄牛顿环图像和光路结构并输出显示到显示器或投影屏幕上，实现了设计思想。
本发明的遥控变色投影牛顿环演示仪结构是：如图2所示，该演示仪包括有外壳18、VGA视频切换器20、视频切换按钮19、VGA数据线21、光路暗箱25、5V电源适配器14、12V电源适配器17、遥控器13；
如图3所示，所述光路暗箱25由光路暗箱箱体1和光路暗箱面板16组成内部包括有摄像机A15、镜头A26、透射光源3、透射光源毛玻璃2、透射光源支架4、反射光源8、反射光源毛玻璃7、反射光源支架27、牛顿环仪6、控制盒5、电源盒9、透射光开关12、反射光开关22、总开关23、12V电源接口24、摄像机B11、镜头B10。
如图1所示，所述镜头B10安装在摄像机B11上，反射光毛玻璃7安装在反射光源8上，反射光源8安装在反射光源支架27上，摄像机B11和反射光源8分别位于牛顿环仪6中轴两侧的对称区域，反射光源8发出的光线经牛顿环仪6反射后指向摄像机B11形成一条反反射光路；透射光毛玻璃2 安装在透射光源3上，透射光源3安装在透射光源支架4上，透射光源3位于牛顿环仪6后方，且透射光源3、牛顿环仪6和摄像机B11在同一条直线上，透射光源3发出的光线经牛顿环仪6透射后指向摄像机B11形成一条透射光路；
如图3所示，所述透射光源3和反射光源8接入控制盒5由控制盒5控制；控制盒5接入电源盒9；反射光开关22、透射光开关12、总开关23以及12V电源接口24安装在电源盒上，电源盒9安装在光路暗箱面板16里侧；镜头A26安装在摄像机A15上，摄像机A15安装在光路暗箱25侧面正对着其中的光学器件；以上部分全部位于光路暗箱箱体1内，光路暗箱面板16盖在光路暗箱箱体1上。
如图4所示，所述光路暗箱面板16有开孔，反射光开关22、透射光开关12、总开关23以及12V电源接口24由孔穿过光路暗箱面板16暴露在外。
如图2所示，光路暗箱25安装在外壳18右侧；VGA视频切换器20安装在外壳18左侧,VGA视频切换器20上安装有视频切换按钮19，VGA视频切换器20通过VGA数据线21接入显示器、投影仪等外接显示设备输出图像信息；摄像机A15和摄像机B11通过VGA数据线接入VGA视频切换器20；12V电源适配器14是220V转12V电源适配器，接入电源盒9为其供电；遥控器13 与控制盒5相匹配，向控制盒5发送操纵信号。
如图3所示，所述透射光源4和反射光源7型号相同，都是可变色LED 灯，接入控制盒5后由控制盒5控制其发光明暗和颜色，可以发出白光或者红、绿、蓝等单色光，颜色可以连续变化，同时还可以闪烁。
如图2所示，所述透射光源3和反射光源8分别由透射光开关12和反射光开关22独立控制，两个光源可以单独打开其中任何一个或者都打开，相应的摄像机B11可以拍摄到透射、反射的牛顿环干涉图像，或者拍摄到透射、反射的互补相消图像。
如图3所示，所述透射光源3、反射光源8、牛顿环仪6和摄像机B11 的中心都在由透射光路和反射光路构成的一个垂直平面上，构成一个光学平面，摄像机A15安装在这个光学平面的法线上并正对着平面上的光学仪器。透射光路和反射光路都在摄像机A15的拍摄范围内，摄像机A15从侧面能拍摄全部的光学仪器和完整光路，可以从独立的视角观察光学部分的结构以及实验的完整过程。
如图2所示，所述摄像机A15和摄像机B11的数据接口都接入VGA视频切换器20中，再由VGA视频切换器20输出到外接设备，通过视频切换按钮 (19)可以快捷的在摄像机A15和摄像机B11之间进行切换。
如图3所示，所述光路暗箱25由光路暗箱箱体1和光路暗箱面板16构成封闭的暗室，内部保持黑暗，外界的光无法进入。光学部件全部处于光路暗箱25内，干涉现象在光路暗箱25中进行不会受到外界光照的干涉。
本发明的分辨本领演示装置的基本操作步骤：
将12V电源适配器17接入12V电源接口24这时摄像机B11、反射光源 8和透射光源3的电源被接通。接通摄像机B11与VGA视频切换器20的数据线。将5V电源适配器14接入摄像机A15，接通摄像机A15与VGA视频切换器20的数据线。将VGA视频切换器20上的VGA数据线21接入显示设备。经过以上步骤已完成仪器的安装。
打开反射光22开关，此时反射光源8开启，用遥控器13调节反射光源 8的亮度和发光颜色，演示不同颜色的反射光的牛顿环干涉图案。关掉反射光开关22，打开透射光开关12，此时透射光源3开启，用遥控器13调节透射光源3的亮度和发光颜色，演示不同颜色的透射光的牛顿环干涉图案。不关闭透射光源3，同时打开反射光源8，用相同颜色的光从反射、透射两个方向照射牛顿环仪6，发现干涉条纹暗淡，甚至消失，说明透射和反射的干涉图案是互补的。此时关闭反射光源8或者透射光源3，干涉图案重新出现。用遥控器13把光源切换到渐变或闪烁状态，可以演示不同颜色的光干涉图案动态的变化。按动视频切换按钮19可将图像从牛顿环切换到光路结构。
Claims (8)
1.一种遥控变色投影牛顿环演示仪，其特征是：该演示仪包括有外壳(18)、VGA视频切换器(20)、视频切换按钮(19)、VGA数据线(21)、光路暗箱(25)、220V转5V电源适配器A(14)、220V转12V电源适配器B(17)、遥控器(13)；所述光路暗箱(25)内设有光路暗箱箱体(1)、光路暗箱面板(16)、摄像机A(15)、镜头A(26)、透射光源(3)、透射光源毛玻璃(2)、透射光源支架(4)、反射光源(8)、反射光源毛玻璃(7)、反射光源支架(27)、牛顿环仪(6)、控制盒(5)、电源盒(9)、透射光开关(12)、反射光开关(22)、总开关(23)、12V电源接口(24)、摄像机B(11)、镜头B(10)；
所述镜头B(10)安装在摄像机B(11)上，反射光毛玻璃(7)安装在反射光源(8)上，反射光源(8)安装在反射光源支架(27)上，摄像机B(11)和反射光源(8)分别位于牛顿环仪(6)中轴两侧的对称区域，反射光源(8)发出的光线经牛顿环仪(6)反射后指向摄像B(11)形成一条反反射光路；透射光毛玻璃(2)安装在透射光源(3)上，透射光源(3)安装在透射光源支架(4)上，透射光源(3)位于牛顿环仪(6)后方，且透射光源(3)、牛顿环仪(6)和摄像机B(11)在同一条直线上，透射光源(3)发出的光线经牛顿环仪(6)透射后指向摄像机B(11)形成一条透射光路；透射光源(3)和反射光源(8)接入控制盒(5)由控制盒(5)控制；控制盒(5)与电源盒(9)连接；反射光开关(22)、透射光开关(12)、总开关(23)以及12V电源接口(24)安装在电源盒(9)上，电源盒(9)设在光路暗箱面板(16)里侧；透射光源(3)、反射光源(8)、牛顿环仪(6)和摄像机B(11)的中心都在由透射光路和反射光路构成的一个垂直平面上，构成一个光学平面，摄像机A(15)安装在这个光学平面的法线上并正对着平面上的光学仪器，透射光路和反射光路都在摄像机A(15)的拍摄范围内；
以上部分全部位于光路暗箱箱体(1)内，光路暗箱面板(16)覆盖在光路暗箱箱体(1)上且光路暗箱面板(16)有开孔，使反射光开关(22)、透射光开关(12)、总开关(23)以及12V电源接口(24)从开孔处穿过光路暗箱面板(16)暴露在外面；光路暗箱(25)安装在外壳(18)右侧；VGA视频切换器(20)安装在外壳(18)左侧,VGA视频切换器(20)上安装有视频切换按钮(19)，VGA视频切换器(20)通过VGA数据线(21)接入显示器、投影仪而输出图像信息；摄像机A(15)和摄像机B(11)通过VGA数据线接入VGA视频切换器(20)；12V电源适配器(14)是220V转12V电源适配器，接入电源盒(9)为其供电；遥控器(13)与控制盒(5)相匹配，向控制盒(5)发送操纵信号。
2.根据权利要求1所述的遥控变色投影牛顿环演示仪，其特征是：所述透射光源(3)和反射光源(8)型号相同，均为可变色LED灯，并接入控制盒(5)后由控制盒(5)控制其发光明暗和颜色，能够发出白光或者红、绿、蓝单色光，颜色能够连续变化及闪烁。
3.根据权利要求1所述的遥控变色投影牛顿环演示仪，其特征是：所述透射光源(3)和反射光源(8)的电源线分别连接到透射光开关(12)和反射光开关(22)，由透射光开关(12)和反射光开关(22)分别控制两个光源的开闭，两个光源能够单独打开其中任何一个或者都打开。
4.根据权利要求1所述的遥控变色投影牛顿环演示仪，其特征是：所述透射光源(3)、牛顿环仪(6)和摄像机B(11)的中心在一条直线上，透射光源(3)发出的光线经牛顿环仪(6)透射后指向摄像机B(11)形成一条透射光路，透射光源(3)发出的光线沿透射光路经过牛顿环仪(6)的干涉后形成透射牛顿环图案；摄像机B(10)和反射光源(8)分别位于牛顿环仪(6)中轴两侧的对称区域，反射光源(8)发出的光线经牛顿环仪(6)反射后指向摄像机B(11)形成一条反射光路，反射光源(8)发出的光线沿反射光路经过牛顿环仪(6)的干涉后形成反射牛顿环图案；反射光路和透射光路中由牛顿环仪(6)到摄像机B(11)的部分互相重合，两条光路都指向摄像机B(11)，摄像机B(11)可同时拍摄到分别由透射光源(3)经过透射光路形成的透射牛顿环图案和由反射光源(8)经过反射光路形成的反射牛顿环图案。
5.根据权利要求1所述的遥控变色投影牛顿环演示仪，其特征是：所述透射光源(3)、反射光源(8)、牛顿环仪(6)和摄像机B(11)的中心都在由透射光路和反射光路构成的一个垂直平面上，构成一个光学平面，摄像机A(15)安装在这个光学平面的法线上并正对着平面上的光学仪器。透射光路和反射光路都在摄像机A(15)的拍摄范围内，摄像机A(15)能拍摄到完整光路，能够从独立的视角观察光学部分的结构以及实验的完整过程。
6.根据权利要求1所述的遥控变色投影牛顿环演示仪，其特征是：所述摄像机B(11)和摄像机A(15)都是高清CCD摄像机能够将拍摄到的图像信息转换为VGA、USB等多种类型的接口数据进行输出，能链接各种类型的显示设备进行视频输出。
7.根据权利要求1所述的遥控变色投影牛顿环演示仪、其特征是：所述摄像机A(15)和摄像机B(11)的数据接口均接入VGA视频切换器(20)中，再通过VGA视频切换器(20)输出到外接设备，通过视频切换按钮(19)能够快捷的在摄像机A(15)和摄像机B(11)之间进行切换。
8.根据权利要求1所述的遥控变色投影牛顿环演示仪，其特征是：所述光路暗箱(25)通过光路暗箱箱体(1)和光路暗箱面板(16)构成封闭的暗室，内部保持黑暗，外界的光无法进入不受外界光照的干扰，光学器件全部处于光路暗箱(25)内，干涉现象在光路暗箱(25)中进行。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20170922 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |