CN214123275U - 用几何光学透镜成像光路图解析沙姆定律的教学演示仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种用几何光学透镜成像光路图解析沙姆定律的教学演示仪，包括演示板、凸透镜和可移动焦平面；凸透镜的同一侧设有均垂直于主光轴且垂直点皆交于主光轴上的第一景物线段和第二景物线段，两个景物线段自由端端部之间的连线为景物平面；凸透镜的另一侧设有均垂直于主光轴且垂直点皆交于主光轴上的第一像平面线段和第二像平面线段，同时与两个景物线段上下方位相反；两个像平面线段自由端端部之间的连线为成像平面，用几何光学透镜成像光路图来解析沙姆定律，同时景物平面的延长线、镜头平面延长线、成像平面延长线三线相交于一点。本实用新型结构简单，一图多用，既可复习中学相关几何光学知识，又可衔接沙姆定律讲解与透彻的分析。

Description

用几何光学透镜成像光路图解析沙姆定律的教学演示仪

技术领域

本实用新型属于教学设备技术领域，具体涉及一种用几何光学透镜成像光路图解析沙姆定律的教学演示仪。

背景技术

沙姆定律又称沙姆弗鲁格定律及其技术运用，是我国许多职业广告摄影师以及高等职业院校摄影专业经常运用的一项重要技术。运用这项技术的前提是，摄影师必须使用技术型照相机，例如星座、骑士、仙娜、林哈夫等单、双轨专业技术型照相机。此类相机之所以被称之为技术型相机，是因为它们具备可以对相机进行水平或倾斜的移轴、偏摆、俯仰等操作，让摄影师实现用普通照相机及普通镜头无法完成的较为严格和专业的技术目标，既通过精细调整操作技术型相机譬如调节镜头及后背的移轴、俯仰、偏摆和皮腔的升降开合等，从而实现某个方向上的若干个景物在像平面（成像光屏）或感光原件上的全面合焦，以及调整和控制景物的透视变形，还包括运用所谓反沙姆定律，以实现沙盘模型效果既像平面得到很小的清晰范围，合焦点前后甚至左右都虚化的特殊效果。

但是，国内许多相关教科书或职业技术院校教材对沙姆定律的文字阐述或图表演示及其教学环节，几乎都与我国普通高中物理学科的几何光学教学是脱节的，没有知识点的合理衔接，没有知识点前后关联，大多光路图绘制或多或少存在不科学不规范问题。在一些有条件的院校直接用技术型相机以师傅带徒弟的传统老套教学方式进行教学，基本忽视了如何运用科学规范的几何光学光路图让学生学习较为系统的几何光学知识，进行图文并茂并同步与技术型相机正确操作的生动教学活动。这些都导致学生即便学懂了沙姆定律，也不能将其与中学时期已经掌握的几何光学知识联系和运用起来，这就谈不上优化教学效率，也谈不上触类旁通和举一反三，使学生做到知其然并知其所以然，继而把知识融会贯通，以期开发和大大提高更多师生的创造性思维能力和动手技能。例如国内比较权威和详实的广告摄影教科书《广告摄影技术教程-刘立宾著》书中有关技术型相机的操作十分具体详细，但并未结合中学几何光学理论与规范科学且符合现代教育理念的教育手段，进行讲述或解析。学生获取的知识点，就是碎片化的信息，而缺少系统化的理论与实践训练。

现有教学活动中，广泛存在以下几个问题：一是很多广告摄影教科书或高等职业摄影教材不统一，不系统，绘图不规范不科学，与学生已经学过的知识缺乏关联性，不符合教育自身规律，也不符合现代教育理念。当前广泛用于摄影专业以及高等职业教学的示教光路一般图多为绘制的固定图版，教学信息量极为有限，同时普遍存在绘图不规范，且普遍没有关联与衔接中学相关教材的现象，存在随意性，要么由教师直接用技术型照相机进行操作演示，要么教师按照不规范的光路图讲解沙姆定律。目前全国各地极为缺少相应的高等职业教学仪器与可活动的教学示教版，这种现状不仅不利于摄影专业或高等职业摄影学科的教学效率与效果，也不符合培养更多具备创造性思维能力与超强动手能力的大国工匠的现代高等职业技术教育目标。

发明内容

针对现有技术中的不足之处，本实用新型提供一种用几何光学透镜成像光路图解析沙姆定律的教学演示仪。

为了达到上述目的，本实用新型技术方案如下：

一种用几何光学透镜成像光路图解析沙姆定律的教学演示仪，包括演示板、凸透镜和可移动焦平面；凸透镜固定设置在演示板上，可移动焦平面吸附在演示板的表面且能够在演示板任何地方移动位置；

演示板标有主光轴，该主光轴垂直于凸透镜的镜头平面设置，且垂直点交于凸透镜的透镜光心点，所述凸透镜两侧主光轴上分别标出凸透镜的焦点；

凸透镜的同一侧设有第一景物线段和第二景物线段，第一景物线段和第二景物线段均垂直于主光轴且垂直点皆交于主光轴上，且位于主光轴的上方或下方；第一景物线段和第二景物线段自由端端部之间的连线为景物平面；

凸透镜的另一侧设有第一像平面线段和第二像平面线段，第一像平面线段和第二像平面线段均垂直于主光轴且垂直点皆交于主光轴上，且位于主光轴的上方或下方，同时与第一景物线段和第二景物线段方位相反；第一像平面线段和第二像平面线段自由端端部之间的连线为成像平面；

第一景物线段的下端与第一像平面线段上端之间设有两条不同路径的带箭头演示光线；第二景物线段的下端与第二像平面线段上端之间设有两条不同路径的带箭头演示光线；其中一条带箭头演示光线穿过凸透镜的透镜光心点，另外三条带箭头演示光线分别经过两个焦点；

将可移动焦平面重合于成像平面，用来表示倾斜的像平面，即演示出运用沙姆定律，使得主光轴上的第一景物线段和第二景物线段各个点均可在成像平面上全面清晰合焦，且此刻该成像平面就是可移动焦平面中的一部分；同时景物平面的延长线、镜头平面延长线、成像平面延长线三线相交于一点。

进一步的，所述可移动焦平面底部设有磁铁，演示板采用与磁铁相吸附的材质，使得移动像平面在演示板任何地方移动位置。

进一步的，所述第一景物线段的长度小于第二景物线段的长度，第一景物线段远离凸透镜设置，第二景物线段靠近凸透镜设置；同时第一像平面线段的长度小于第二像平面线段，第一像平面线段靠近凸透镜设置，第二像平面线段凸透镜设置。

进一步的，所述成像平面面积的实际范围大小，要取决于镜头成像的像场面积或照相机感光胶片或感光原件的设计面积大小。

有益效果：本实用新型教学演示仪结构简单，一图多用，图示直观清晰，既可复习中学相关几何光学知识，又可衔接沙姆定律讲解与透彻的分析；图文与实物并茂，形象生动具体，将教学演示仪与技术型照相机结合讲解，有利学生充分理解原理，便于记忆，以及提升学生动脑、动手的技能水平。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图中，1-演示板，2-凸透镜，3-可移动焦平面，4-第一景物线段，5-第二景物线段，6-第一像平面线段，7-第二像平面线段，8-景物平面，9-带箭头演示光线，10-成像平面；

21-主光轴，22-镜头平面。

具体实施方式

以下参照具体的实施例来说明本实用新型。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅用于说明本实用新型，其不以任何方式限制本实用新型的范围。

一种用几何光学透镜成像光路图解析沙姆定律的教学演示仪，如图1所示，包括演示板1、凸透镜2和可移动焦平面3；凸透镜2固定设置在演示板1上，可移动焦平面3吸附在演示板1的表面且能够在演示板1任何地方移动位置；

演示板1标有主光轴21，该主光轴21垂直于凸透镜2的镜头平面22设置，且垂直点交于凸透镜2的透镜光心点O，同时在凸透镜2两侧主光轴21上分别标出凸透镜2的焦点F、F’；

凸透镜2的同一侧设有第一景物线段4和第二景物线段5，第一景物线段4和第二景物线段5均垂直于主光轴21且垂直点皆交于主光轴21上，且位于主光轴21的下方；同时第一景物线段4的长度小于第二景物线段5的长度，第一景物线段4远离凸透镜2设置，第二景物线段5靠近凸透镜2设置；第一景物线段4和第二景物线段5下端端部之间的连线为景物平面8；

凸透镜2的另一侧设有第一像平面线段6和第二像平面线段7，第一像平面线段6和第二像平面线段7均垂直于主光轴21且垂直点皆交于主光轴21上，且位于主光轴21的上方；同时第一像平面线段6的长度小于第二像平面线段7，第一像平面线段6靠近凸透镜2设置，第二像平面线段7凸透镜2设置；

第一景物线段4的下端与第一像平面线段6上端之间设有两条不同路径的带箭头演示光线9，两条带箭头演示光线10分别经过两个焦点F、F’；第二景物线段5的下端与第二像平面线段7上端之间设有两条不同路径的带箭头演示光线9，其中一条穿过凸透镜的透镜光心点O，另外一条带箭头演示光线10分别经过焦点F；

将可移动焦平面3重合于第一像平面线段6和第二像平面线段7上端端部之间的成像平面10，用来表示倾斜的像平面，即演示出运用沙姆定律，使得主光轴21上的第一景物线段4和第二景物线段5各个点均可在成像平面10上全面清晰合焦，且此刻该成像平面10就是可移动焦平面3中的一部分；同时景物平面8的延长线、镜头平面22延长线、成像平面10延长线三线相交于一点P。另外成像平面10面积的实际范围大小，要取决于镜头成像的像场面积或照相机感光胶片或感光原件的设计面积大小。

具体的，可移动焦平面3底部设有磁铁，演示板1采用与磁铁相吸附的材质，使得可移动焦平面3在演示板1任何地方移动位置。

本实用新型的工作原理：

（1）演示普通照相机及普通镜头的成像：先展示出主光轴21上凸透镜2同一侧的出现第一景物线段4和第二景物线段5，再将可移动焦平面3移动垂直于主光轴21时，第一景物线段4和第二景物线段5不可能同时在成像平面10上清晰合焦，然后水平移动可移动焦平面3演示出，只可在第一像平面线段6和第二像平面线段7中任选其一实现精确合焦；

（2）演示沙姆定律的成像：既将可移动焦平面3向内倾斜一定角度，使景物平面8延长线、镜头平面22延长线、成像平面10延长线三线相交于一点P，将可移动焦平面3移动倾斜一个角度，就可清楚看到，第一景物线段4的下端D点，第二景物线段5的下端B点之间连线及其延长线，均可在成像平面10完全合焦。

Claims (4)

1.一种用几何光学透镜成像光路图解析沙姆定律的教学演示仪，其特征在于：包括演示板、凸透镜和可移动焦平面；凸透镜固定设置在演示板上，可移动焦平面吸附在演示板的表面且能够在演示板任何地方移动位置；

演示板标有主光轴，该主光轴垂直于凸透镜的镜头平面设置，且垂直点交于凸透镜的透镜光心点，所述凸透镜两侧主光轴上分别标出凸透镜的焦点；

凸透镜的同一侧设有第一景物线段和第二景物线段，第一景物线段和第二景物线段均垂直于主光轴且垂直点皆交于主光轴上，且位于主光轴的上方或下方；第一景物线段和第二景物线段自由端端部之间的连线为景物平面；

凸透镜的另一侧设有第一像平面线段和第二像平面线段，第一像平面线段和第二像平面线段均垂直于主光轴且垂直点皆交于主光轴上，且位于主光轴的上方或下方，同时与第一景物线段和第二景物线段方位相反；第一像平面线段和第二像平面线段自由端端部之间的连线为成像平面；

第一景物线段的下端与第一像平面线段上端之间设有两条不同路径的带箭头演示光线；第二景物线段的下端与第二像平面线段上端之间设有两条不同路径的带箭头演示光线；其中一条带箭头演示光线穿过凸透镜的透镜光心点，另外三条带箭头演示光线分别经过两个焦点；

将可移动焦平面重合于成像平面，用来表示倾斜的像平面，即演示出运用沙姆定律，使得主光轴上的第一景物线段和第二景物线段各个点均可在成像平面上全面清晰合焦，且此刻该成像平面就是可移动焦平面中的一部分；同时景物平面的延长线、镜头平面延长线、成像平面延长线三线相交于一点。

2.如权利要求1所述的用几何光学透镜成像光路图解析沙姆定律的教学演示仪，其特征在于，所述可移动焦平面底部设有磁铁，演示板采用与磁铁相吸附的材质，使得移动像平面在演示板任何地方移动位置。

3.如权利要求1所述的用几何光学透镜成像光路图解析沙姆定律的教学演示仪，其特征在于，所述第一景物线段的长度小于第二景物线段的长度，第一景物线段远离凸透镜设置，第二景物线段靠近凸透镜设置；同时第一像平面线段的长度小于第二像平面线段，第一像平面线段靠近凸透镜设置，第二像平面线段凸透镜设置。

4.如权利要求1所述的用几何光学透镜成像光路图解析沙姆定律的教学演示仪，其特征在于，所述成像平面面积的实际范围大小，要取决于镜头成像的像场面积或照相机感光胶片或感光原件的设计面积大小。

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