JP2004239993A

JP2004239993A - 光学台

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Publication number: JP2004239993A
Application number: JP2003026632A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Yanaka; 英昭谷中
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-02-04
Filing date: 2003-02-04
Publication date: 2004-08-26

Abstract

【課題】光学台を小型化して消費電力を抑え，効果的な光分野の学習，及びその光の進み方の作図への移行，光の色の重ね合わせなどの学習を効果的に行う。
【解決手段】光の３原色のＬＥＤ１５，１６，１７を取り付けた光源ユニット１０と，シートレンズ２３を取り付けたレンズユニット２０及び，スクリーン３３を取り付けたスクリーンユニット３０を，それぞれ断面Ｌ字状で所要の長さに延びる透明の側底板１１，２１，３１で形成し，それぞれ一端に前記光源とレンズ，スクリーンを取り付けると共に，光源ユニット１０に対しレンズユニット２０，及びスクリーンユニット３０を互いに重ねて長さ方向にスライド可能とした光学台。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は中学校理科および，高校物理における効果的な光分野の学習及び，光の色の重ね合わせや光通信等の発展的な学習を効果的に行うことを可能にする光学台に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光学台は図１４，１５に示すように光源７１，物体７２，レンズ７３，スクリーン７４，メジャー７５ａ（レール７５ｂ）から構成されている（例えば，非特許文献１参照。）。
【０００３】
【非特許文献１】
竹内敬人ほか著，中学校理科教科書「理科１分野上」，啓林館，２００２，ｐ１６，ｐ１１３
【０００４】
簡易な装置としての光学台を図１４に示す。この光学台での実験は次のように行う。光源７１から出た光が，十字のスリット板である物体７２を通過し，その光がレンズ７３で屈折し，スクリーン７４に像を結ぶ。この時の物体７２とレンズ７３，レンズ７３とスクリーン７４の距離をメジャー７５ａで測定し，物体と像の大きさや光源とレンズ，レンズとスクリーンの距離を比較するのが一般的な光学実験である。この光学台では光軸を安定させることが難しい。
【０００５】
このため光軸を安定させ実験を正確に行うためにガイド，例えばレールを用いたのが，図１５に示す光学台である。レール７５ｂがあるため，光軸を安定させながら，物体７２やレンズ７３，スクリーン７４の移動がスムーズにできる。また，このレール７５ｂに目盛りがついており，光源とレンズ，レンズとスクリーンの距離が正確に測定できる。また，スクリーンにも目盛りがついており，像の大きさを正確に測定できる。光源７１には白熱電球やろうそくを使った物が多い。
【０００６】
また，図１６に示す「カメラ型凸レンズ実験器」がある（例えば，非特許文献２参照。）。開口した箱状の物体ユニット８５の中にレンズユニット８６を，レンズユニット８６の中にスクリーンユニット８７を挿入することで，物体８１とレンズ８２，レンズ８２とスクリーン８３の間隔を調整することで，「カメラの原理」として物体の像や風景をスクリーン８３に映す実験ができる。また，別に光源を用意すれば一般的な光学実験も可能になる。
【０００７】
【非特許文献２】
竹内敬人ほか著，中学校理科教科書「理科１分野上」，啓林館，２００２，ｐ２０
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図１４に示す簡易な光学台の場合，ガイドであるレールをもっていないことによって，安価でコンパクトに収納できる。しかし，光源，物体，レンズ，スクリーンの光軸が安定していないため，それぞれを移動させる際に光軸がずれやすく像を結ばせにくい点がある。
【０００９】
図１５に示すレールを持った光学台では，レール上をスライドさせるため光軸が安定しており，物体とレンズ，レンズとスクリーンなどの距離を測定しやすい。ただ，凸レンズを使う場合に，そのレンズの焦点距離の４倍以上の全長を必要とし，一般に１ｍ前後のレールを持った大型の物が多く，高価となる。このため，１つの学校で多くの台数を保有できない現状があり，教師の演示実験や班単位での実験となり，生徒自身による個別実験をさせることが難しい。
【００１０】
光源に白熱電球を用いる場合には，上下左右の反転が判断しにくいため，光源の前に置く十字スリット板の物体が必要になる。そのうえ，多くの電力を消費する。また，光源にろうそくを用いる場合は，上下左右の反転は容易に判断できるが，左右の反転は判断しにくい問題がある。
【００１１】
図１６に示す「カメラ型凸レンズ実験機」は，独自の光源を持たないため，一般的な光学実験をするためには，別に光源を準備する必要がある。また，レンズやスクリーンの距離を変える際に，箱の中にレンズやスクリーンを挿入しながらスライドさせるため，物体とレンズ，レンズとスクリーンの距離を物体ユニットとレンズユニットから出ている部分の長さから求めることができるが，把握しにくい。
【００１２】
図１４に示す簡易な光学台では空中で光軸を安定させることが難しく，また，図１５に示すレールをもった光学台では重量が重くて目の高さまでレンズとスクリーンを持ち上げることが難しいため，どちらもレンズとスクリーンを使った「カメラの原理」の実験が困難である。また，一般的な光学実験以外の発展的な使用が難しい。
【００１３】
本発明の光学台は，一般的な光学実験をするための光学台の機能を低下させることなく小型・軽量化し，十字スリット板の物体を用いなくても，像の上下左右の反転を明確に判断することを可能とすることを目的とするものである。
【００１４】
さらに図１１に示すようにレンズユニットとスクリーンユニットだけを用いることによって，図１６に示すような「カメラ型凸レンズ実験器」と同じ実験に対応し，また，３色のＬＥＤを光の３原色にすることで，光の色の重ね合わせによる「加法混色の原理」や，音声信号を入力し，光電池で受信することで「光通信」の実験を可能にするなど，光学台で発展的な使用を可能にすることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
以下，上記目的を解決するための手段を図面により説明する。
本発明の請求項１の光学台を図１，２に示すものである。図１は本発明の光学台の斜視図であり，図２は本発明の光学台を上から見た平面図である。本発明の光学台は１個または２個以上のＬＥＤを取り付けた光源ユニット１０と，レンズを取り付けたレンズユニット２０及びスクリーンを取り付けたスクリーンユニット３０からなり，各ユニットはそれぞれ，断面Ｌ字状で所要の長さに延びる透明の底面と片側面からなる側底板１１，２１，３１で形成され，それぞれ一端に前記光源とレンズ，スクリーンを取り付けてなると共に，光源ユニットに対しレンズユニット及びスクリーンユニットは互いに重ねて長さ方向にスライド可能であることを特徴とする光学台である。
【００１６】
本発明の光学台の光源ユニットの拡大図を図３に示す。この光源ユニット１０は，Ｌ字状の光源ユニット側底板１１に，光源取り付け板固定部１２をつけ，これらに光源取り付け板１３をつけてある。また，光源取り付け板１３には，光源である３個のＬＥＤを挿入するための穴をあけておき，ＬＥＤを押し込むだけで固定できる。光源ユニット側底板１１の底面奥には，光源とレンズ間の距離を測定するためのメジャー１４を貼り付けてある。
【００１７】
本発明の光学台のレンズユニットの拡大図を図４に示す。このレンズユニット２０は，光源ユニット１０と同じように，レンズユニット側底板２１にシートレンズ固定部２２をつけ，これらにシートレンズ２３をつけてある。また，光源ユニットの上を左方にスライドさせたときにレンズユニットが下方に傾いて光軸がずれるのを防ぐため，側底板の側面，底面の外側にレンズユニット安定板２４を貼り付けてある。また，レンズユニット側底板２１の底面奥には，レンズとスクリーン間の距離を測定するためのメジャー２５を貼り付けてある。
【００１８】
本発明の光学台のスクリーンユニットの拡大図を図５に示す。このスクリーンユニット３０は，スクリーンユニット側底板３１にスクリーン固定部３２をつけ，これらにスクリーン３３をつけてある。また，スクリーンには像の大きさを判断しやすくするために目盛りを記入したものを使用する。
【００１９】
本発明の光学台は図１に示すように，光源ユニット１０の上にレンズユニット２０，スクリーンユニット３０を順に載せ，左方にスライドさせることにより，本体の長さを光学実験に必要な長さの１／２程度に縮めることができる。
【００２０】
本発明の光学台をＬ字状にし各固定部１２，２２，３２を設けることで，光源，レンズ，スクリーンを安全に固定し，さらにスムーズにスライドさせることにより光軸を安定させ，また，それぞれのユニット間の距離を測定しやすくする。
【００２１】
光源に高輝度のＬＥＤ１５，１６，１７を使用することによって，日常の明るさの室内での実験を可能にし，さらに低電流で発光するため省電力効果をもつ。
【００２２】
本発明の請求項２の光学台を図３に示すものである。図３は光源ユニット１０の拡大図であり，光源ユニット側底板１１の一端に光源取り付け板１３を取り付け，その取り付け板に光の３原色である赤，緑，青の３色のＬＥＤを挿入する穴を設けてＬＥＤをそれぞれ，挿入したことを特徴とする請求項１記載の光学台である。
【００２３】
本発明の光学台は図３，６に示すように光源に３色の赤ＬＥＤ１５を中央，緑ＬＥＤ１６を上方，青ＬＥＤ１７を左方のＬ字状に配列しているため，３色のＬＥＤの像の配列が赤ＬＥＤの像９１が中央，緑ＬＥＤの像９２が下方，青ＬＥＤの像９３が右方であることを確認することで，像の上下左右が反転していることを明確に判断することができる。そのために光源を物体の代わりにすることができ，十字スリット板の物体がなくても実験が可能になる。
【００２４】
また，光源の３色を光の３原色である赤，緑，青にすることで，これらの色を重ね合わせた際，加法混色による色の重ね合わせの実験が可能になり，３色の光度を調整して，混ぜ合わせると様々な色を発色させることができる。本光学台では，白色を発色させるために，各ＬＥＤの光度を調整し固定抵抗１８をつけてある。また，４カ所目の穴を右下方向にあけ，中央の赤ＬＥＤ１５をこの穴に挿入することで３色のうちのどの２色の混ぜ合わせも観察可能にする。
【００２５】
本発明の請求項３の光学台を図１，２に示すものである。図１，２に示すように，光源ユニット１０の高さや幅に対しレンズユニット２０を，レンズユニット２０に対しスクリーンユニット３０を少しずつ小さくする請求項１または２記載の光学台である。これは光源ユニット１０の高さや幅に対しレンズユニット２０を光源ユニット側底板１１の厚さ分だけ小さくし，レンズユニット２０の高さや幅に対しスクリーンユニット３０をレンズユニット側底板２１の分だけ小さくすることで，各ユニット間の段差をなくしてスムーズな取り扱いを可能にし，上のユニットが下のユニット内にコンパクトに収まるようにし収納性を向上させていることを特徴とする請求項１または２記載の光学台である。
【００２６】
本発明の請求項４の光学台は，光源ユニット１０，レンズユニット２０，スクリーンユニット３０を形成する断面Ｌ字状で所要の長さに延びる側底板が透明アクリル板であることを特徴とする請求項１，２，または３記載の光学台である。これは本体にアクリル板を利用することで，切断，折り曲げ，接着などの加工が容易で割れにくい。また，表面に傷が付きにくく滑らかなスライドを可能にする。
【００２７】
また，本体のアクリル板を透明にすることで，実験の際に各方向からの観察を可能にし，後述する「光の進み方シート」（図１２）の上に本発明の光学台を重ねることによって，「光の進み方シート」を透過させて使用することを可能にする。
【００２８】
請求項５の発明は，光学台の光源とレンズを用いてスクリーンユニットに光電池をつけ光通信を可能にすることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の光学台である。これは図７に示すように，各ＬＥＤ１５，１６，１７と電源４１の接続部分に並列に送信側ラジカセ４２のイヤホン端子から送られた音声の電気信号を加える。このことにより光学台のＬＥＤをわずかに点滅させ，この時の光源ユニット１０とレンズユニット２０を光通信の発信ユニット４０にすることを可能にする。また，光源ユニットとレンズユニットの距離を調整することによりＬＥＤの光の拡散を抑え，数メートルの距離までの通信を可能にする。
【００２９】
図８に示すようにスクリーンユニット側底板３１の外側に光電池５１を取り付け受信ユニット５０とする。また，光電池からの配線を受信側ラジカセ５２のマイク端子につなぐことで，光電池が受信した光の点滅信号を電気信号に変換し，さらにこれを音声信号に変換することができる。受光部は光電池以外にフォトダイードなども考えられる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下，本発明の実施の形態を実施例にもとづき図面により説明する。
図１は本発明における光学台本体の斜視図である。各ユニットは，Ｌ字状をしており，必要な長さに延びる透明のアクリル板で作られている。Ｌ字状にし，各固定部１２，２２，３２を設けることで，光源１５，１６，１７，シートレンズ２３，スクリーン３３を安全に固定し，各ユニットのスライドをスムーズにしている。また，光軸を安定させ，また光源ユニット側底板１１とレンズユニット側底板２１の奥にメジャー１４，２５をつけることで，それぞれのユニット間距離の測定を容易にしている。
【００３１】
また，光源ユニット１０の上にレンズユニット２０，スクリーンユニット３０を順に載せ，スライドさせることで，凸レンズの焦点距離の４倍必要な本体の長さを半分の長さに抑えることを可能にする。また，図１，２に示すように，それぞれ上に載せるユニットの高さと幅を少しずつ小さくすることで，各ユニット間の段差をなくしてスムーズな取り扱いを可能にし，収納性を向上させている。
【００３２】
図３には光源ユニット１０の拡大図を示す。光源ユニットにはそのＬ字状の光源ユニット側底板１１の一端に光源取り付け板固定部１２と光源取り付け板１３がつけられている。そして，この光源取り付け板にＬＥＤ挿入用の穴がＬ字状の中央，上方，左方に設けられ，光の３原色である赤，緑，青のＬＥＤ１５，１６，１７が挿入されている。３色の光源をＬ字状に配置することで，像の上下左右の状態が光源の配置とどのように違っているかを正確に判断できる。
【００３３】
光源のＬＥＤは取り外すことが可能なので，運搬の際には全てを取り外してコンパクトにまとめることができる。また，各ＬＥＤの配置を自由に変えることができる。本光学台では，後述する「光の進み方シート」（図１２）を用いた作図につなげる学習や，光通信の効率化のために，光源取り付け板の中央に赤ＬＥＤ１５，上方に緑ＬＥＤ１６，左方に青ＬＥＤ１７を挿入する。
【００３４】
また，右下方向に４カ所目の穴をあけておく。これは，光の色の重ね合わせの際，各２色ごとの重ね合わせも観察可能にするために，中央に付けた赤ＬＥＤ１５の移動用の穴としてある。
【００３５】
また，この３色のＬＥＤには，光の色の重ね合わせによる「加法混色の原理」へ発展させる電流調整のために，５１Ωカーボン抵抗１８を取り付けている。このことによりＬＥＤへの電流を調整し，過剰電流によるＬＥＤの故障防止と３色の重ね合わせによる白色の発色を可能にする。
【００３６】
各ＬＥＤの端子には絶縁チューブ１９を通して，端子の折れ曲がりと各端子間の接触を防いでいる。また，この３色のＬＥＤを点灯させる際の電圧は，ＬＥＤの最大定格電流の範囲内で，できるだけ明るい光度を確保するために，単３乾電池３個の直列接続４１で４．５Ｖ以下にしている。
【００３７】
図４には，レンズユニットの拡大図を示しており，光源ユニットと同様なＬ字状の構造をしている。ただし，レンズユニット側底板２１の底面右端の外側にレンズユニット安定板２４を貼り付けることで，レンズユニットを光源ユニット状でスライドさせた際に，レンズユニットが下方に傾いて光軸がずれることを防いでいる。また，後述する「光の進み方シート」上で使用する際は，本光学台を前方に９０度倒して使用するので，その際の光軸のずれを防ぐために側面外側にも安定板を付けている。
【００３８】
レンズにシートレンズ２３を用いることにより，本体の全長を３０ｃｍまで短くし，また重量も一般的なガラスレンズやプラスチックレンズに比べて軽くすることができ，収納時の小型化も可能にしている。
【００３９】
図５には，スクリーンユニット３０の拡大図を示しており，光源ユニット，レンズユニットと同様なＬ字状の構造をしている。スクリーン３３には，トレーシングペーパーを用い，前方後方の両側からの観察を可能にしている。また，５ｍｍの方眼を記入することにより，ＬＥＤの像の間隔を確認しやすくしている。
【００４０】
本光学台では光源を物体として扱うため十字スリット板の物体を必要としないが，光源の前に物体を置いた実験をする際には，図１３に示す物体シートを光源ユニット１０の光源取り付け板固定部１２に挿入し，その時に像のできる位置と像の上下左右の位置関係を確認することで実験を行うことを可能にしている。
【００４１】
図７には，光通信の際の発信ユニット４０と配線を示している。光通信をする際には，送信側ラジカセ４２からの音声による電気信号を，電源４１と各ＬＥＤ１５，１６，１７の接続部分に並列に接続し，電気信号を各ＬＥＤの点滅信号に変換する。この光をレンズによって収束させ，数メートル離れた受信ユニット５０に効率よく送ることができる。
【００４２】
図８には，光通信の際の受信ユニットを示している。送信ユニットからのＬＥＤの点滅信号を，光電池５１で電気信号に変換し，受信側ラジカセ５２で再び音声信号に変換することができる。受信ユニット５０は，スクリーンユニット３０を倒し，スクリーンユニット側底板３１に光電池５１を貼り付けて使用する。このとき，３色の中でも，赤ＬＥＤ１５の感度が最も良いために，赤ＬＥＤの像９１を光電池５１に当てるようにする。
【００４３】
図９に示すように，ＬＥＤから出た光をスクリーンに映す前に分光シート６１を貼り付けた分光シートユニット６０や回折格子レプリカを貼り付けた回折格子レプリカユニットなどを置くことによって，スクリーンにＬＥＤ光の干渉のようすを映すことができる。
【００４４】
以下，本発明の実施例を述べる。ただし本実施例は，本願発明用の請求項を限定するものではない。
【実施例】
１製作方法
本体の製作には，厚さ２ｍｍの透明アクリル板；光源ユニット側底板１１；９０×３００ｍｍ，光源取り付け板固定部１２；８６×２０ｍｍ，光源取り付け板１３；４７×４７ｍｍ（ＬＥＤを挿入するために直径４．９ｍｍの穴を１ｃｍ間隔で中央・上方・左方の３カ所に，右下方向には，中央から右５ｍｍ下５ｍｍの位置に１カ所あけておく。），レンズユニット側底板２１；８６×３００ｍｍ，シートレンズ固定部２２；８２×２０ｍｍ，レンズユニット安定板２４；２０×２０ｍｍ，スクリーンユニット側底板３１；８２×６０ｍｍ，スクリーン固定部３２；７８×２０ｍｍを準備し，各側底板と固定部は中央を９０度に折り曲げ，接着剤で固定する。各側底板と固定部を接着したものに，光源取り付け板１３，シートレンズ２３，スクリーン３３を貼り付ける。これらの接着にはアクリル用接着剤である塩化メチレンを用いる。
【００４５】
光源ユニット側底板１１と，レンズユニット側底板２１の底面奥には３０ｃｍ物差しをコピーした紙製メジャー１４，２５を糊で貼り付ける。
【００４６】
ＬＥＤは赤１５；波長６２６ｎｍ，光度３７５ｍｃｄ，緑１６；５２２ｎｍ，２２７１ｍｃｄ，青１７；４６９ｎｍ，５７０ｍｃｄ，直径５ｍｍの物を用いる。光の色の重ね合わせの際に白色を発色させるように電流値を変えながら調整し，各ＬＥＤに５１Ω１／４Ｗのカーボン抵抗１８を加えることにする。抵抗はＬＥＤの端子にはんだ付けし（５秒以内），端子の折れ曲がりや，接触防止のために絶縁チューブ１９を通して約２０ｃｍの導線（＋側に赤，−側に黒）をはんだ付けし，赤黒３本ずつを束ねておく。
【００４７】
図１０に示すように，各ＬＥＤに加える電圧と電流の関係から，電源には各ＬＥＤの最大定格電流が５０ｍＡであるため，これ以内で，できるだけ明るい光度を確保するために，単３乾電池３個を直列接続した電圧を４．５Ｖ以下で使用する。
【００４８】
このＬＥＤの赤１５を中央，緑１６を上方，青１７を左方の穴に挿入する。右下の穴には，後述する，光の色の重ね合わせで３色のうちの各２色ごとの重ね合わせを観察する際に赤１５を挿入する。
【００４９】
シートレンズ２３には焦点距離約９ｃｍの凸レンズを使用し，そのことで本体の全長を３０ｃｍまで短くする。スクリーン３３にはパソコンで，５ｍｍ間隔の方眼を記入したトレーシングペーパーを貼り付ける。
【００５０】
２「カメラの原理」の実験での使用
図１１に示すように「カメラの原理」によって風景の像をスクリーンに投影させることにより，風景が簡単に映し出されることを実験し，このときのレンズユニット２０のメジャー２５からレンズとスクリーン間の距離を測定し，シートレンズの焦点距離を求めさせる。
【００５１】
３光学実験での使用
ＬＥＤに電源をつなげる際に発光ダイオードの特性を説明し，電流の流れ方の話をする。また，逆接続をするとＬＥＤが点灯しないことから，電流には流れる向きがあることを体感させることができる。また，ＬＥＤには白熱電球に比べて省電力効果があるため，環境学習にも発展させることができる。
【００５２】
図６に示すようにＬＥＤの像が明確に映ったときの，各ＬＥＤの間隔（１０ｍｍ）とスクリーンの目盛り線の間隔（５ｍｍ）により，物体と像の大きさを比較することができる。また，このＬＥＤの像の色により，光源と像の上下左右が逆転していることを判断できる。ただし，色の違いによる識別が難しい生徒の場合は，ＬＥＤの光度は白色を発生させるために，表１で示すように，赤：緑：青が２：４：１に近い状態になっているため，ＬＥＤの光の強さによる判断も可能にしている。
【００５３】
【表１】

【００５４】
図１１に示す「カメラの原理」で求めた焦点距離をもとに，その焦点距離の２倍の位置に光源とレンズをあわせた場合（ア）に，像がどの位置にできるかをスクリーンを移動させて実験する。ただし，色による屈折率の差がわずかにあるため，観察する色を一色に決めて実験を進めると効果が高い。
【００５５】
この実験で，ＬＥＤの像がスクリーンにできるかどうか，像の上下左右が反転しているかどうかによって，「実像」「虚像」「倒立」「正立」などの基本語句を理解させる。
【００５６】
次に，光源とレンズの位置を焦点距離の２倍よりも遠くにしたとき（イ）と，光源とレンズの位置を焦点距離の２倍と焦点距離の間にしたとき（ウ）で，レンズとスクリーンの距離がどう変化するかを光源ユニット１０とレンズユニット２０のメジャー１４，２５で測定させる。そのときの像の大きさと上下左右の位置関係も同じように確認させる。
【００５７】
次に光源とレンズの位置を焦点距離よりも内側にしたとき（エ），スクリーン３３に像ができるかどうかを確認させ，像ができないときにスクリーンを取り除いて虚像を観察させ，虚像の大きさと上下左右の向きも確認させる。
【００５８】
図１３に示す物体シートを用いる場合は，光源ユニットの光源取り付け板固定部１２の中に物体シートを挿入する。物体シートは今回は矢印の十字９５と人の象形文字９６をパソコンの図形ソフトで作って，ＯＨＰシートにプリントアウトしているが，それ以外にも自由にパソコンで描くことによって作ることが可能である。また，物体シートの両端を９０度折り曲げているので自立させることが可能で，物体シートと光源の距離を変えることができる。
【００５９】
「光の進み方シート」（図１２）は，このシート上で本発明の光学台を重ねて実験を行い，実験による光の進み方と作図で求めた光の進み方が一致することを確かめさせるためのシートである。このシートを用いた作図の際に，緑ＬＥＤ１６が図の上方に位置するようにするため，上の穴に緑ＬＥＤ１６を配置した。また，後述する光通信では，赤の波長領域が最も感度が高いため赤ＬＥＤ１５を中央の穴に配置した。
【００６０】
次に，「光の進み方シート」（図１２）の上に本発明の光学台を置いて前方へ９０度倒す。このことにより光源ユニット１０とレンズユニット２０のメジャー１４，２５が手前の側面になり，下の「光の進み方シート」が見やすくなる。また，本来の底面が手前の側面になることで，真上から観察することを促す役割をもつ。
【００６１】
赤ＬＥＤ１５が光軸の中心になるように本発明の光学台を「光の進み方シートの上に置いたときに緑ＬＥＤ１６の位置と，その時の赤ＬＥＤの像９１と緑ＬＥＤの像９２の位置や大きさが，「光の進み方シート」の作図によって求めた像の位置や大きさと一致することを確認させる。
【００６２】
前記の操作を，先に行った実験の（ア）〜（エ）のそれぞれの場合でも確認させ，「光の進み方シート」の作図と光学台による光の進み方が一致していることに気づかせる。そして，次に各自で実際に作図をする操作へとつなげる。
【００６３】
４光の色の重ね合わせ実験での使用
これらの実験終了後，焦点をずらした際に白色が発色することを確認させる。このことで，光の３原色が混ざり合うと白になり，テレビなどの日常の電気製品などにもこの技術が多く使われていることや，白色の重ね合わせが波長だけでなく，目の網膜や視神経のはたらきにもよることなどの色の重ね合わせへと発展させる。
【００６４】
この時の３色の重ね合わせをより見やすくするために中央の赤ＬＥＤ１５をはずし右下の穴に挿入するとそれぞれの２色ごとの重ね合わせも観察が可能になる。さらに，５１Ωカーボン抵抗１８に可変抵抗を加えると，全ての色を発色させることも可能になる。また，色の美しさも感じさせ，感性を刺激することができる。
【００６５】
５光通信の実験での使用
送信側ラジカセ４２の音声を一度聞かせ，イヤホンプラグをこのイヤホン端子につなぐことでこの音を消す。図７に示すようにイヤホンプラグからの導線をＬＥＤと電源４１の接続点に並列に接続する。この時イヤホンに送られた電気信号により，ＬＥＤをわずかに点滅させることで音声信号を光の点滅信号に変え，発信させることができる。
【００６６】
図７，８のようにＬＥＤの光をレンズで集めることにより，数メートル離れた受信ユニット５０の光電池５１に当てることで，ＬＥＤの光の点滅信号を電気信号に変換し，この電気信号を受信側ラジカセ５２のマイク端子に接続することで音声に変換しスピーカーから音声を取り出すことができる。このとき，３色の中でも，赤ＬＥＤ１５の感度が最も良いために，赤ＬＥＤの像９１を光電池５１に当てるようにする。
【００６７】
６焦点距離を求める実験での使用
像ができるときの光源とレンズの距離（ａ），レンズとスクリ−ンの距離（ｂ）をそれぞれ測定することにより，１／ａ＋１／ｂ＝１／ｆの公式よりレンズの焦点距離（ｆ）を計算で求めることができる。
【００６８】
７光の干渉を観察する実験での使用
図９に示すようにレンズユニット２０とスクリーンユニット３０の間に，分光シートユニット６０や回折格子レプリカユニットを置くことにより，光の干渉を観察することができる。
【００６９】
【発明の効果】
本発明は，以上説明したように構成されているので，以下に記載されるような効果を奏する。
【００７０】
本体にアクリル板をＬ字にしてスライドさせることにより，光軸のずれをなくして，全長を本来必要な長さの１／２程度にし，光源，レンズ，スクリーン間の距離もメジャーではっきりと把握できるようにする。また，光源，レンズ，スクリーンのスライドをなめらかにする。
【００７１】
光源に光の３原色のＬＥＤを取り付けることにより，色と光の強さにより物体と像の上下左右の反転などの位置関係が容易に判断できる。また高輝度のＬＥＤを使っているので，日常の明るさの室内でも光学実験が可能となり，また，省電力効果が高まる。さらに色の重ね合わせの実験ができ，美しさにより感性を刺激しつつ，「加法混色の原理」に発展させることができる。
【００７２】
レンズユニットを光源ユニットより，スクリーンユニットをレンズユニットより，各ユニット側底板の厚さだけ小さくすることで，各ユニット間の段差をなくし，取り扱い性と収納性を向上させることができる。
【００７３】
アクリル板を透明にすることで全方向からの観察を容易にし，さらに「光の進み方シート」との重ね合わせによる観察も可能にする。
【００７４】
光学台に光通信の機能を持たせることにより，光通信の原理を学習させるだけでなく，光分野の後で学習する，「音」「電気・磁気」の分野へのつながりをスムーズにする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学台の斜視図である。
【図２】本発明の光学台を上から見た平面図である。
【図３】本発明の光学台の光源ユニットの斜視図である。
【図４】本発明の光学台のレンズユニットの斜視図である。
【図５】本発明の光学台のスクリーンユニットの斜視図である。
【図６】各ＬＥＤの位置と各像の位置が反転している様子を示す斜視図である。
【図７】光通信をする際の配線と，発信ユニットの斜視図である。
【図８】光通信の受信ユニットの斜視図である。
【図９】分光シートを置いて，光の干渉を観察する際の斜視図である。
【図１０】各ＬＥＤにかかる電圧と電流の関係のグラフである。
【図１１】本発明の光学台による「カメラの原理」の実験の際の斜視図である。
【図１２】本発明の光学台の下に置く光の進み方シートである。
【図１３】本発明の光学台に付ける物体シートである。
【図１４】教科書にある最も簡易な光学台である。
【図１５】教科書にあるレールをもつ光学台である。
【図１６】教科書にある「カメラ型凸レンズ実験器」の各ユニットごとの斜視図である。
【符号の説明】
１０光源ユニット
１１光源ユニット側底板
１２光源取り付け板固定部
１３光源取り付け板
１４メジャー
１５赤ＬＥＤ
１６緑ＬＥＤ
１７青ＬＥＤ
１８５１Ωカーボン抵抗
１９絶縁チューブ
２０レンズユニット
２１レンズユニット側底板
２２シートレンズ固定部
２３シートレンズ
２４レンズユニット安定板
２５メジャー
３０スクリーンユニット
３１スクリーンユニット側底板
３２スクリーン固定部
３３スクリーン
４０発信ユニット
４１電源（単３乾電池３個）
４２送信側ラジカセ
５０受信ユニット
５１光電池
５２受信側ラジカセ
６０分光シートユニット
６１分光シート
７１光源
７２物体
７３レンズ
７４スクリーン
７５ａメジャー
７５ｂレール
８１物体
８２レンズ
８３スクリーン
８４メジャー
８５物体ユニット
８６レンズユニット
８７スクリーンユニット
９１赤ＬＥＤの像
９２緑ＬＥＤの像
９３青ＬＥＤの像
９５矢印の十字
９６人の象形文字

Claims

１個または２個以上の発光ダイオード（以下ＬＥＤ）からなる光源を取り付けた光源ユニットと，レンズを取り付けたレンズユニットとスクリーンを取り付けたスクリーンユニットとからなり，各ユニットはそれぞれ，断面Ｌ字状で所要の長さに延びる透明の底面と片側面からなる側底板で形成され，それぞれ一端に前記光源と前記レンズ，前記スクリーンを取り付けてなると共に，前記光源ユニットに対し，前記レンズユニット及び前記スクリーンユニットは互いに重ねて長さ方向にスライド可能であることを特徴とする光学台。
前記光源ユニットの側底板の一端に光源取り付け板を取り付け，前記取り付け板に加法混色の３原色（以下光の３原色）である赤，緑，青の３色のＬＥＤを挿入する穴を設けて前記ＬＥＤをそれぞれ，前記穴に挿入することを特徴とする請求項１記載の光学台。
請求項１または２記載の光学台であって，光源ユニットの高さや幅に対しレンズユニットを，レンズユニットの高さや幅に対しスクリーンユニットを少しずつ短くすることを特徴とする請求項１または２記載の光学台。
光源ユニット，レンズユニット，スクリーンユニットを形成する断面Ｌ字状で所要の長さに延びる側底板が透明アクリル板である請求項１，２または３記載の光学台。
請求項１〜４の何れかに記載の光学台にあって，スクリーンユニットに光電池を設けて光通信を可能とすることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の光学台。