CN209765866U - 凸透镜成像规律实验设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种凸透镜成像规律实验设备，涉及实验设备技术领域，为减轻老师的工作量并提高实验设备的利用率而发明。所述凸透镜成像规律实验设备包括：导轨支架，在所述导轨支架上设有导轨，在所述导轨上依次设置有光源、凸透镜和光屏，在所述导轨的一侧设有录像装置。本实用新型适用于对凸透镜成像规律实验的考核或评价。

Description

凸透镜成像规律实验设备

技术领域

本实用新型涉及实验设备技术领域，尤其涉及一种凸透镜成像规律实验设备。

背景技术

凸透镜成像规律是一种光学定律。在光学中，由实际光线会聚而成，且能在光屏上呈现的像称为实像；由光线的反向延长线会聚而成，且不能在光屏上呈现的像称为虚像。物距大于2倍焦距成倒立缩小的实像；物距在1倍与2倍焦距之间成倒立放大的实像。

为了使学生掌握凸透镜成像规律，学生可采用凸透镜成像规律实验设备进行实验。目前，在对学生进行凸透镜成像规律实验进行考核时，需要老师在实验现场依次对每个学生的实验操作进行评分，老师的工作量较大；且由于在一个学生实验完毕后，需等待老师打分完成后，下一个学生才可使用同一实验设备进行实验，使得整个实验过程相对较长，实验设备的利用率不高。

发明内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供一种凸透镜成像规律实验设备，便于减轻老师的工作量并提高实验设备的利用率。

本实用新型实施例提供的凸透镜成像规律实验设备，包括：导轨支架，在所述导轨支架上设有导轨，在所述导轨上依次设置有光源、凸透镜和光屏，在所述导轨的一侧设有录像装置。

根据本实用新型实施例的一具体实现方式，所述光屏包括光屏基座、光屏连接杆和光屏面板；所述光屏基座设在所述导轨上，所述光屏面板通过所述光屏连接杆连接在所述光屏基座上；所述光屏面板的周边设有标志框。

根据本实用新型实施例的一具体实现方式，所述标志框为在所述光屏面板的周缘上所设的黑色边框。

根据本实用新型实施例的一具体实现方式，所述导轨的两端分别设有端部标志。

根据本实用新型实施例的一具体实现方式，所述录像装置设置在所述导轨的一侧且正对所述导轨的中间位置处；其中，所述录像装置包括摄像机支架和设在所述摄像机支架上的摄像机。

根据本实用新型实施例的一具体实现方式，所述光源通过光源基座设在所述导轨上，所述凸透镜通过凸透镜基座设在所述导轨上；所述光源基座、凸透镜基座和光屏基座的外部特征各不相同；和/或，所述光源基座、凸透镜基座和光屏基座的外部颜色各不相同；和/或，所述光源基座、凸透镜基座和光屏基座的图案各不相同。

根据本实用新型实施例的一具体实现方式，所述光源基座、凸透镜基座和光屏基座的外部形状各不相同。

根据本实用新型实施例的一具体实现方式，在所述导轨的下方沿所述导轨的长度方向设置有标尺。

根据本实用新型实施例的一具体实现方式，所述的实验设备，还包括实验台，所述导轨支架及所述录像装置设置在所述实验台上。

根据本实用新型实施例的一具体实现方式，所述摄像机支架包括：支架本体和定型管，所述定型管的一端连接在所述支架本体上，另一端设有摄像装置安装部，所述摄像机安装在摄像装置安装部上。

本实用新型实施例凸透镜成像规律实验设备，通过录像装置可对学生做凸透镜成像规律实验的过程进行录像，这样，便于后续通过智能评分系统，根据录像装置所录制的实验过程对学生的实验操作进行分析，并给出考试评分，不需要老师在实验现场依次对每个学生的实验操作进行评分，减轻了老师的工作量；由于在一个学生实验完毕后不用等待老师打分，下一个学生即可使用该实验设备进行凸透镜成像规律实验，节省了等待的时间，提高了实验设备的利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例凸透镜成像规律实验设备的结构示意图；

图2为图1中光源基座结构示意图；

图3为图1中凸透镜基座结构示意图；

图4为图1中光屏基座结构示意图；

图5为图1中光屏结构示意图；

图6为本实用新型一实施例中摄像机支架的结构示意图；

图7为本实用新型另一实施例中摄像机支架的结构示意图；

图8为本实用新型又一实施例中摄像机支架的结构示意图；

图9为本实用新型再一实施例中摄像机支架的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供一种凸透镜成像规律实验设备，包括：导轨支架1，在所述导轨支架1上设有导轨2，在所述导轨2上依次设置有光源3、凸透镜4 和光屏5，在所述导轨2的一侧设有录像装置6。

所述录像装置包括机壳，在所述机壳内设有图像传感器，在所述图像传感器前方设有镜头。其中镜头由若干组透镜组成的，其主要功能是将被摄体反射过来的光汇聚在图像传感器上。

所述导轨支架1为两个分开布置的支腿，支撑在导轨2的两端。光源3、凸透镜4和光屏5可沿导轨2移动，其中光源3可为LED(Light Emitting Diode，发光二极管)光源3，也可为蜡烛，本实施例中采用蜡烛作为光源3。

本实施例中，通过录像装置可对学生做凸透镜成像规律实验的过程进行录像，这样，便于后续通过智能评分系统，根据录像装置所录制的实验过程对学生的实验操作进行分析，并给出考试评分，不需要老师在实验现场依次对每个学生的实验操作进行评分，减轻了老师的工作量；由于在一个学生实验完毕后不用等待老师打分，下一个学生即可使用该实验设备进行凸透镜成像规律实验，节省了等待的时间，提高了实验设备的利用率。

在本实用新型一实施例中，所述光屏5可包括光屏基座7、光屏连接杆8和光屏面板9；所述光屏基座7设在所述导轨2上，所述光屏面板9通过所述光屏连接杆8连接在所述光屏基座7上；所述光屏面板9的周边设有标志框10。

本实施例中，光屏面板9的周边设有标志框10，便于智能评分系统从录制的视频图像中更准确地检测到光屏5的位置，从而可以判断光源3、光屏5与凸透镜4的中心是否在同一高度上。

所述标志框10可采用多种形式，比如可在光屏面板9的边沿位置处绘制具有特定颜色的边框，边框的连线可以是连续的，也可以是不连续的。所述标志框10也可通过在光屏面板9的边沿位置处布设多个不连续的标志点(如黑色的点)来形成。在本实用新型一实施例中，参看图5，所述标志框10为在所述光屏面板9的周缘上所设的黑色边框。所述黑色边框可嵌设在所述光屏面板9的周缘。由于光屏面板9的颜色通常采用白色的，所述标志框10采用黑色边框能够增强与光屏面板9主体颜色的对比度，便于智能评分系统从录制的视频图像中更准确快捷地检测到光屏5的位置。

为了在录制的视频中便于检测到导轨2，然后根据导轨2的实际长度计算出一个像素对应的实际长度，为后续对凸透镜4是否处于光屏5和光源3之间的判断，以及根据物距与焦距的关系对光屏5上成倒立缩小或倒立放大的实像的判断提供判断基础，在本实用新型一实施例中，所述导轨2的两端分别设有端部标志11。本实施例中，导轨2两端的端部标志11为三角形标志，本实用新型实施例不限于此，所述端部标志11也可为其它形状的标志如星形标志等。所述端部标志11也可为设在导轨2两端的特定颜色、特定图案或特定标识等。

为了便于较好地对实验过程进行录像，在本实用新型一实施例中，所述录像装置6设置在所述导轨2的一侧且正对所述导轨2的中间位置处；其中，所述录像装置6包括摄像机支架12和设在所述摄像机支架12上的摄像机13，所述摄像机13可为用于拍摄近景的摄像机。

通过检测光源、凸透镜和光屏的底部在导轨上的相对位置，即可得到光源3 (如蜡烛)、凸透镜4与光屏面板9的底部在导轨上的像素位置。为了便于对光源、凸透镜和光屏底部的检测，在本实用新型一实施例中，所述光源3通过光源基座14设在所述导轨2上，所述凸透镜4通过凸透镜基座15设在所述导轨2 上；所述光源基座14、凸透镜基座15和光屏基座7的外部特征各不相同。所述光源基座14、凸透镜基座15和光屏基座7的外部特征是指易于通过图像识别技术检测到的特征，其可为颜色特征、形状特征或图案特征，也可以是前述三种特征结合，或者是前述三种特征中任意两种特征的结合。

本实施例中，所述外部特征为形状特征，具体地，所述光源基座14、凸透镜基座15和光屏基座7的形状各不相同，比如，参看图1至图4。光源基座14 为正方体形，凸透镜基座15为圆柱形、光屏基座7为六棱柱形。本实施例中，光源基座14、凸透镜基座15和光屏基座7分别通过底部的卡槽卡设在界面呈棱形的导轨上。

在另一实施例中，所述外部特征为颜色特征，具体地，所述光源基座14、凸透镜基座15和光屏基座7的颜色各不相同，比如，光源基座14为红色，凸透镜基座15为黄色，光屏基座7为蓝色。

在又一实施例中，所述外部特征为图案特征，具体地，所述光源基座14、凸透镜基座15和光屏基座7所具有的图案各不相同，比如，所述光源基座14 具有三角形图案，凸透镜基座15具有星形图案，光屏基座7具有菱形图案。

在又一实施例中，所述外部特征为颜色特征和图案特征的结合，具体地，所述光源基座14、凸透镜基座15和光屏基座7的颜色和图案各不相同，比如，光源基座14为红色的三角形图案，凸透镜基座15为黄色的星形图案，光屏基座7为蓝色的菱形图案。

本实施例中，通过检测光源基座14、凸透镜基座15和光屏基座7在导轨上的相对位置，即可判断凸透镜4的位置是否处在光屏5和光源3之间。进一步地，可基于一个像素所代表的实际长度得到当前的物距，根据凸透镜4焦距的实际长度，结合光屏5上的成像就能判断学生的实验操作是否满足实验要求，即是否满足若物距大于两倍焦距则成倒立缩小的实像，若物距在一倍焦距与两倍焦距之间则成倒立放大的实像。

为了便于学生的操作，在本实用新型一实施例中，在所述导轨2的下方沿所述导轨2的长度方向设置有标尺16，学生在进行实验操作时，可根据该标尺 16了解光源3、凸透镜4和光屏5之间的相对位置和相对距离。

在本实用新型一实施例中，所述的实验设备，还包括实验台17，所述导轨支架1及所述录像装置6设置在所述实验台17上。

在本实用新型一实施例中，所述的实验设备，还包括自动评分装置(图中未示出)，所述自动评分装置与所述录像装置6相连。所述自动评分装置，可根据录像装置6所录制的实验过程视频对学生的实验操作进行分析，并给出考试评分。

根据本实用新型一实施例，参看图6，可选地，所述摄像机支架12可包括：支架本体21和定型管22，所述定型管22的一端连接在所述支架本体21上，另一端设有摄像装置安装部23，所述摄像机13安装在摄像装置安装部23上。

所述定型管22是由金属弹簧钢线和镀锌铁线或者其他金属线材旋绕包覆而成的复合型金属管，中空外有螺旋纹，管孔内可以穿过一定大小的电线，是一种可以在立体空间中任意弯曲成一定形状并能保持其形状的软管。

此外，本实施例中，在支架本体21不需移动的情况下，通过弯曲定型管22 即可调整摄像机13的位置，结构相对简单，成本较低。

所述支架本体21可采用多种结构形式，比如可采用一能直接与试验台进行固定连接的支撑杆、支撑板或支撑架的形式。为了使得支架本体21既能为摄像机13提供稳定的支撑，又便于能够根据需要进行灵活的位置移动，比如在同一试验台上从一个位置移动到另一个位置，以使摄像机13处于较佳的拍摄位置或拍摄角度，或者，可以放置到不同的试验台上，参看图7，在本实用新型一实施例中，所述支架本体21可包括底座25和与所述底座25相连的支撑杆或支撑板 6；所述定型管22的一端连接在所述支撑杆或支撑板26上。支架本体21通过所述底座25放置在实验台17上，利用所述底座25提供稳定的支撑，同时，所述底座25可与实验台17进行方便地分离，从而便于支架本体21在需要时进行灵活的位置移动。所述底座25可为金属底座，比如可采用成本较低铁板制成，以增强支架本体21整体上的稳定性；所述支撑板26可为条状。

参看图8，为了充分利用所述支架本体21，可在所述支撑杆或支撑板26上设置一个或多个隔板28，便于在所述隔板28上放置实验用的物品(比如物理实验时所可能用到的电子元器件等)，或放置实验人员随身携带的小物件(比如证件、钥匙或手机等)，以节省对实验台17上的空间的占用。

采用单一的摄像装置对实验过程进行拍摄录像，可能会因拍摄角度单一或实验人员的手臂遮挡等原因导致拍摄效果不佳的情况，为此，可在所述支架本体 21上设置两个或两个以上的摄像装置，以从不同的角度对同一实验过程进行拍摄，以获得较佳的录像效果。

具体地，参看图9，在本实用新型一实施例中，所述定型管22可包括第一定型管29和第二定型管30；第一定型管29的一端连接在所述支架本体21上，另一端设有第一摄像装置安装部31；第二定型管30的一端连接在所述支架本体 21上，另一端设有第二摄像装置安装部32；第二定型管30位于第一定型管29 的上方。

根据本实施例，可在第一摄像装置安装部31安装第一摄像装置33，在第二摄像装置安装部32安装第二摄像装置34，便于通过第一摄像装置33和第二摄像装置34从不同的拍摄角度对同一实验过程进行拍摄录像，比如，对于同一实验过程，可通过第一摄像装置33从水平角度进行拍摄，通过第二摄像装置34 从俯视的角度进行拍摄，这样，能够较为全面地对实验过程进行录像，获得较好的录像效果。

在本实用新型一实施例中，所述定型管22具有波纹伸缩节或套筒伸缩节(图中未示出)。通过所述波纹伸缩节或套筒伸缩节可调节定型管22的长度，比如，在实验开始前，可通过所述波纹伸缩节或套筒伸缩节将定型管22拉伸至合适的位置，在实验结束后，可通过所述波纹伸缩节或套筒伸缩节将定型管22进行压缩收拢，减少其占有的空间，这样也便于对支架本体21进行收纳。

所述摄像装置安装部，为摄像装置在所述定型管22端部的安装提供了便利。该安装部也可有多种形式，比如可为卡座形式，也可为具有螺纹孔的安装座形式，等等。在本实用新型一实施例中，所述摄像装置安装部为吸盘。通过摄像装置上的一平面(比如摄像装置的背部平面)，与所述吸盘的吸附面相贴合，可快速方便地将摄像装置吸附在定型管22的端部，同时，吸盘通常由橡胶制成，其不会产生电磁等干扰信号，由此不易对摄像装置产生物理上的损伤和信号上的干扰。

为了便于对定型管22在支架本体21上的连接位置进行调整，在本实用新型一实施例中，所述定型管22的所述一端可上下调整地和/或可转动调整地连接在所述支架本体21上。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种凸透镜成像规律实验设备，其特征在于，包括：导轨支架，在所述导轨支架上设有导轨，在所述导轨上依次设置有光源、凸透镜和光屏，在所述导轨的一侧设有录像装置；

所述光屏包括光屏基座、光屏连接杆和光屏面板；所述光屏基座设在所述导轨上，所述光屏面板通过所述光屏连接杆连接在所述光屏基座上；所述光屏面板的周边设有标志框；

所述光源通过光源基座设在所述导轨上，所述凸透镜通过凸透镜基座设在所述导轨上；所述光源基座、凸透镜基座和光屏基座的外部特征各不相同。

2.根据权利要求1所述的实验设备，其特征在于，所述标志框为在所述光屏面板的周缘上所设的黑色边框。

3.根据权利要求1所述的实验设备，其特征在于，所述导轨的两端分别设有端部标志。

4.根据权利要求1所述的实验设备，其特征在于，所述录像装置设置在所述导轨的一侧且正对所述导轨的中间位置处；其中，

所述录像装置包括摄像机支架和设在所述摄像机支架上的摄像机。

5.根据权利要求1所述的实验设备，其特征在于，所述光源基座、凸透镜基座和光屏基座的外部形状各不相同；和/或，

所述光源基座、凸透镜基座和光屏基座的外部颜色各不相同；和/或，

所述光源基座、凸透镜基座和光屏基座的图案各不相同。

6.根据权利要求1所述的实验设备，其特征在于，在所述导轨的下方沿所述导轨的长度方向设置有标尺。

7.根据权利要求1所述的实验设备，其特征在于，还包括实验台，所述导轨支架及所述录像装置设置在所述实验台上。

8.根据权利要求4所述的实验设备，其特征在于，所述摄像机支架包括：支架本体和定型管，所述定型管的一端连接在所述支架本体上，另一端设有摄像装置安装部，所述摄像机安装在摄像装置安装部上。