CN210466952U - 屋脊棱镜成像方向演示仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种屋脊棱镜成像方向演示仪，属于教学仪器。半导体激光器、扩束镜和准直透镜共光轴，激光光束依次经过扩束镜和准直透镜，得到准直光束；成像系统的物位于准直激光光路中，被激光照亮的物发出的光入射到平面反射镜，平面反射镜与经物发出的光束呈45°设置，平面反射镜的反射光经毛玻璃屏，再经对比棱镜组中的五棱镜或带屋脊面的五棱镜反射90°后成像。由于带屋脊面的五棱镜具有三个反射面，与五棱镜相比，增加了一次反射，该光学系统此时总反射次数为偶数次，显示得到的不再是镜像。该仪器结构简单，易操作，演示现象明显，可直观地向学生演示在光学系统中加入屋脊面的作用，丰富了教学手段，使教学内容更加直观化。

Description

屋脊棱镜成像方向演示仪

技术领域

本实用新型属于一种教学仪器，特别涉及一种屋脊棱镜成像方向演示仪。

背景技术

在大学课程《应用光学》、《几何光学》、《工程光学》及其他相关教学过程中，屋脊面是光学系统中非常重要的概念，屋脊面为两个互相垂直的反射面，带有屋脊面的棱镜称为屋脊棱镜，在光学成像系统中，屋脊面的作用是在不改变光轴方向和主截面内成像方向的条件下，增加一次反射，使系统总的反射次数由奇数次变成偶数次，从而达到避免成镜像的目的。教师通常采用语言描述和图示的方法把知识传授给学生，学生无法直观的观察到有无屋脊面的成像区别，如能开发出一种教学仪器，可直观演示有无屋脊面时光学系统的成像结果，对教学内容和手段会是非常有益的补充和辅助。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种屋脊棱镜成像方向演示仪，能帮助学生直观地理解成像光学系统中有无屋脊面时成像结果的区别。

实现本实用新型发明目的的技术方案提供一种屋脊棱镜成像方向演示仪, 它包括光学成像系统和成像显示系统；所述的光学成像系统包括半导体激光器、扩束镜、准直透镜、成像系统的物、平面反射镜、毛玻璃屏、对比棱镜组，所述的对比棱镜组包括一块五棱镜和一块带屋脊面的五棱镜；光学成像系统的结构为：半导体激光器、扩束镜和准直透镜共光轴，半导体激光器发出的激光光束依次经过扩束镜和准直透镜，得到准直光束；成像系统的物位于准直激光光路中，被激光照亮的物发出的光入射到平面反射镜，平面反射镜与经物发出的光束呈45°设置，平面反射镜的反射光经毛玻璃屏，再经对比棱镜组中的五棱镜或带屋脊面的五棱镜反射 90°后成像；所述的成像显示系统置于经五棱镜或带屋脊面的五棱镜反射90°后的光路中。

本实用新型所述的成像显示系统包括摄像头和与摄像头相连的显示屏。

成像系统的物可以是在黑色挡板上镂空刻有的非对称字母或图形。

本实用新型一个优选的方案是准直光束的口径为15mm；平面反射镜的口径大于准直光束口径的1.4倍，平面反射镜安装在可调节角度的镜框内。

本实用新型可将五棱镜或带屋脊面的五棱镜通过夹持螺丝固定夹持在仪器底板上。五棱镜的两个反射面和带屋脊面的五棱镜的三个反射面分别镀有银反射膜。

本实用新型的原理是：采用对比棱镜组，即包括一个五棱镜和一个带屋脊面的五棱镜，在光学成像系统中，通过成像系统的物发出光的五棱镜反射，采集的像是镜像；而将五棱镜置换成带屋脊面的五棱镜，由于将五棱镜的一个反射面加工成了屋脊面，因此，光线在带屋脊面的五棱镜中反射3次，相比于五棱镜增加了一次反射，该光学系统此时总反射次数为4次，即偶数次，所以成像系统采集到的像不再是镜像，而是与实际的物方向相同的像。

本实用新型的有益效果在于：通过在演示仪观察五棱镜和带屋脊面的五棱镜的成像过程及结果，可非常明显的展示屋脊棱镜在成像光学系统中的作用。演示现象明显，可直观地向学生演示屋脊棱镜在成像光学系统中的作用，丰富了教学手段，使教学内容更加直观化。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种屋脊棱镜成像方向演示仪的光路结构示意图；

图2 为本实用新型实施例提供的成像系统的物的示意图，它为镂空刻有非对称字母的黑色挡板；

图1中，1.半导体激光器；2.扩束镜；3.准直透镜；4.成像系统的物（黑色挡板上刻有的镂空字母“F”）；5.平面反射镜；6.毛玻璃屏；7.五棱镜；8.带屋脊面的五棱镜；9. 摄像头；10.显示屏。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型技术方案作进一步的阐述。

实施例1

本实施例提供一种屋脊棱镜成像方向演示仪。

参见附图1，它为本实施例提供的屋脊棱镜成像方向演示仪的光路结构示意图；演示仪的主要元器件包括：一个半导体激光器1、扩束镜2和准直透镜3，三者共光轴，依次固定在仪器底板上，构成仪器的光源部分；半导体激光器1的波长为532nm，功率5mw，选用绿色激光的原因是，人眼对黄绿色最敏感，利于光路走向的展示和演示现象的观察；扩束镜2选用放大倍率10×的显微物镜，准直透镜3为焦距125mm的正透镜，扩束镜2与准直透镜3间距为125mm，扩束为口径15mm的准直光束。以刻有镂空字母“F” 的黑色挡板4置于准直透镜3后，调整镂空字母“F”的位置，使其位于准直光束照亮的区域，并将黑色挡板4固定在仪器底板上，被激光束照亮的镂空字母“F”即为该成像光学系统的物。平面反射镜5安装在可调节角度的镜框内，调整平面反射镜5与经物发出的准直激光夹角为45°，并固定在仪器底板上。平面反射镜5的口径为30mm，大于准直激光束的口径的1.4倍，才可保证激光束被完整的反射。物发出的光线经45°平面反射镜5反射后，系统光轴偏转90°，光线继续传播，物“F”投射到毛玻璃屏6上。毛玻璃屏6固定在仪器底板上，表面与光线传播方向垂直，尺寸为30mm×40mm，厚度1mm。因经平面反射一次，所以毛玻璃屏上为物“F”的镜像，即一个水平翻转后的字母“F”。光线继续传播进入五棱镜7，五棱镜7通过夹持螺丝固定夹持在仪器底板上，其入射面与光线传播方向垂直，入射面为矩形，尺寸为30mm×40mm，大于物的尺寸，这样保证物体发出光完整的通过五棱镜7，五棱镜7的两个反射面镀有银反射膜，反射率为90%，光线被五棱镜的两个反射面反射两次后进入摄像头9成像，摄像头9镜头焦距为16mm，镜头具有手动调焦功能，以便调节出清晰的像，感光芯片分辨率500w像素，摄像头9位于五棱镜7的出射面后，调整摄像头9的位置，使镜头可采集到完整的像，并将摄像头9固定在仪器底板上。由于该光学系统此时总的反射次数为3次，即奇数次，所以摄像头9采集并显示在显示屏10上的还是字母“F”的镜像，系统最终的成像方向与物相反。显示屏10尺寸为12寸，分辨率1920*1080，面向观察者，固定在仪器底板上。

松开五棱镜7的夹持螺丝，将带屋脊面的五棱镜8置换上述的五棱镜，并锁定螺丝，固定夹持在仪器底板上，由于此时将五棱镜的一个反射面加工成了屋脊面，成为带屋脊面的五棱镜8，具有三个反射面，三个反射面都镀有银反射膜，因此，光线在带屋脊面的五棱镜中反射3次，与五棱镜7相比，增加了一次反射，该光学系统此时总反射次数为4次，即偶数次，所以摄像头9采集并显示在显示屏10上的像不再是镜像，而是与字母“F”方向相同。

通过在本实施例提供的系统中观察五棱镜和带屋脊面的五棱镜的成像过程及结果，可非常明显的展示屋脊棱镜在成像光学系统中的作用。本实用新型演示现象明显，可直观地向学生演示屋脊棱镜在成像光学系统中的作用，丰富了教学手段，使教学内容更加直观化。

Claims (7)

1.一种屋脊棱镜成像方向演示仪，其特征在于：它包括光学成像系统和成像显示系统；所述的光学成像系统包括半导体激光器（1）、扩束镜（2）、准直透镜（3）、成像系统的物（4）、平面反射镜（5）、毛玻璃屏（6）、对比棱镜组，所述的对比棱镜组包括一块五棱镜（7）和一块带屋脊面的五棱镜（8）；光学成像系统的结构为：半导体激光器、扩束镜和准直透镜共光轴，半导体激光器发出的激光光束依次经过扩束镜和准直透镜，得到准直光束；成像系统的物位于准直激光光路中，被激光照亮的物发出的光入射到平面反射镜，平面反射镜与经物发出的光束呈45°设置，平面反射镜的反射光经毛玻璃屏，再经对比棱镜组中的五棱镜的两个反射面或带屋脊面的五棱镜的三个反射面反射 90°后成像；所述的成像显示系统置于经五棱镜或带屋脊面的五棱镜反射90°后的光路中。

2.根据权利要求1所述的一种屋脊棱镜成像方向演示仪，其特征在于：所述的成像显示系统包括摄像头（9）和与摄像头相连的显示屏（10）。

3.根据权利要求1所述的一种屋脊棱镜成像方向演示仪，其特征在于：所述的成像系统的物为在黑色挡板上镂空刻有的非对称字母或图形。

4.根据权利要求1所述的一种屋脊棱镜成像方向演示仪，其特征在于：准直光束的口径为15mm。

5.根据权利要求1所述的一种屋脊棱镜成像方向演示仪，其特征在于：平面反射镜安装在可调节角度的镜框内；平面反射镜的口径大于准直光束口径的1.4倍。

6.根据权利要求1所述的一种屋脊棱镜成像方向演示仪，其特征在于：五棱镜或带屋脊面的五棱镜通过夹持螺丝固定夹持在仪器底板上。

7.根据权利要求1所述的一种屋脊棱镜成像方向演示仪，其特征在于：五棱镜的两个反射面和带屋脊面的五棱镜的三个反射面分别镀有银反射膜。

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