KR200312944Y1

KR200312944Y1 - 광학기기특성 실험장치

Info

Publication number: KR200312944Y1
Application number: KR20-2003-0001985U
Authority: KR
Inventors: 구을현
Original assignee: 구을현
Priority date: 2003-01-22
Filing date: 2003-01-22
Publication date: 2003-05-14

Abstract

본 고안은 사각의 케이스 내측에 학생들이 직접 실험하고 관찰할 수 있는 광학기기특성 실험장치에 관한 것으로, 휴대가 편리하고 장소에 구애 받지않도록 사각의 케이스 내측에 수납되며, 수납된 구성품을 조합하여 눈구조의 원리, 사진기의 원리, 안경의 원리, 슬라이드 투영기의 원리, 현미경의 원리 및 망원경의 원리 등과 같은 실험을 관찰할 수 있는 실험기기들로 이루어지는 것을 특징을 한다.

Description

광학기기특성 실험장치{ A Laboratory Device Of An Optical Instrument Property}

본 고안은 사각의 케이스 내측에 학생들이 직접 실험하고 관찰할 수 있는 광학기기특성 실험장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 렌즈, 회절판, 조리개, 반사경 및 스크린을 조합하여 눈구조의 원리, 사진기의 원리, 안경의 원리, 슬라이드투영기의 원리, 현비경의 원리 및 망원경의 원리 등과 같은 실험을 관찰할 수 있는 광학기기특성 실험장치에 관한 것이다.

일반적으로 빛(광)은 균일 매질 안에서는 직진성을 갖고 있으나, 서로 다른 매질을 만나면 굴절을 하거나 파동 또는 반사를 하는 등 다양한 성질을 가지고 있다.

특히, 이러한 특성은 렌즈를 통하여 보다 용이하게 파악할 수 있는데, 종래에는 이러한 빛(광)의 성질을 학생들에게 설명하려면 여러 가지 자연현상이나 일상생활에서 접하게 되는 사례를 통해 학생들을 이해시키고 가르쳐야 하므로 가르치는 교수나 배우는 학생들에게 있어 빛(광)을 다루는 광학은 서로 어려운 학습이었다.

따라서, 종래의 광학실험실습은 이미 입증된 사실적 이론을 토대로 그려진 그림이나 좀 더 나아가 촛불이나 전구 등을 활용한 간단한 실험도구를 통하여 몇가지 간단한 실험을 통하여 학습하는 것이 전부였다. 그러나, 이러한 간단한 실험조차도 별도의 암실과 그에 따른 실험장비를 구비하여야 했다. 물론, 고도의 전문연구를 위한 실험실에서의 실험실습을 위한 실험기자재는 개발되어 있었으나, 이러한 전문 실험기자재는 경제적인 측면이나 비교적 저학년의 학생들을 대상으로 하는 실험자제로서는 부적합한 문제점이 있다.

따라서 비교적 저학년의 학생들에게도 빛(광)의 여러 가지 광학적인 특성을 직접 눈으로 확인하여 체험하며 실험 및 실습에 참여할 수 있도록 하는 기자재의 개발에 당위성이 부여되고 있다. 나아가 학생들을 가르치는 교수들에게도 이론적인 가르침보다는 직접 보여주며 가르칠 수 있도록 하여 학습능률의 배가를 구현할 수있는 구조의 광학 실험장치 개발이 요구되고 있다.

따라서 본 고안은 상기와 같은 종래의 문제점들을 감안하여 안출된 것으로, 본 고안의 제 1목적은, 사각의 케이스 내측에 광을 발생시키는 직선광원, 전원 공급을 위한 직류전원장치와, 렌즈, 회절판, 조리개, 반사경 및 스크린 등의 실험기구들을 설치하기 제 1레일, 제 2레일, 제 3레일, 다기능홀더, 포스트 및 포스트홀더로 광학실험장치를 구성하여 학생들이 직접 실험하고 관찰할 수 있는 광학기기특성 실험장치를 제공하는 것이다.

그리고 본 고안의 제 2목적은, 렌즈, 회절판, 조리개, 반사경 및 스크린을 조합하여 눈구조의 원리, 사진기의 원리, 안경의 원리, 슬라이드투영기의 원리, 현비경의 원리 및 망원경의 원리를 측정하고 관찰할 수 있도록 학생들이 직접 설치 및 관찰이 용이한 실험기구들로 구성된 광학기기특성 실험장치를 제공하는 것이다.

이러한 본 고안의 목적들은, 상단 양측으로 길이 방향을 따라 홈(90a)이 형성되고 상기 홈(90a)에 짝을 이루어 끼워지는 돌출부(102)가 구비되어 형상적으로 대응함으로 좌우 이송되는 소정 개수의 제 1캐리어(100)가 구비되는 소정 길이의 제 1레일(90) 및 제 2레일(92); 상기 제 1캐리어(100)의 중앙부에 볼트 결합되어 장착되는 중공의 포스트홀더(160); 상기 포스트홀더(160)의 중앙부에 상하 이동으로 높이 조절이 가능하게 끼워지는 포스트(165); 상기 포스트(165)의 상단에 하부 바(140)가 결합되고 상기 하부 바(140)의 양측으로 수직 부착된 가이드 봉(130)을 따라 상부 바(150)가 수직 이동하여 각 렌즈(60) 또는 각종의 실험기구의 홀딩이가능한 다기능홀더(110); 상기 다기능홀더(110)에 홀딩되며, 직류전원장치(40)에 전기적으로 연결되어 상기 렌즈(60)의 일면을 향해 빛(광)을 출사하는 직선광원(30); 상기 다기능홀더(110)에 홀딩되며, 빛(광)을 차단하는 흑색 패널에 투영하여 빛(광)이 투과되는 Q물체(52) 및 타겟(51)으로 구성된 회절판(60); 상기 빛(광)의 투과량이 조절되도록 외주연 하부에 상기 포스트(165)의 상부가 결합되는 조리개(82); 상기 포스트(165)에 직접 장착되며, 조사되는 빛(광)이 120도 각도로 반사되도록 삼각기둥형상을 갖는 제 1반사경(84a); 상기 포스트(165)에 직접 장착되며, 제 1반사경(84a)으로 부터 반사된 빛(광)을 재반사 시키는 원형의 제 2반사경(84b); 및 빛(광)의 투과 또는 반사된 맺힘상 관찰을 위해 스크린(70);을 구비시켜 커버(22)가 구비된 케이스(20) 내에 수납시킨 것을 특징으로 하는 광학기기특성 실험장치에 의해서 달성된다.

본 고안의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

도 1은 본 고안에 따른 광학기기특성 실험장치의 사시도,

도 2a는 본 고안에 따른 일실시예의 다기능홀더의 사시도,

도 2b는 본 고안에 따른 다른 실시예의 다기능홀더의 사시도,

도 3a은 본 고안에 따른 인체의 눈구조 실험을 나타나는 사시도,

도 3b는 본 고안에 따른 사진기의 원리 실험을 나타나는 사시도,

도 4는 본 고안에 따른 슬라이드 투영기의 원리 실험을 나타나는 사시도,

도 5a는 본 고안에 따른 돋보기 원리 실험을 나타나는 사시도,

도 5b은 본 고안에 따른 접안렌즈 원리 실험을 나타나는 사시도,

도 6은 본 고안에 따른 현미경의 원리 실험을 나타나는 사시도,

도 7a은 본 고안에 따른 굴절망원경의 원리 실험을 나타나는 사시도,

도 7b는 본 고안에 따른 반사망원경의 원리 실험을 나타나는 사시도,

도 7c는 본 고안에 따른 확대사진기의 실험을 나타내는 사시도이다.

< 도면의 주요부분에 관한 부호의 설명 >

10 : 실험장치 20 : 케이스 22 : 커버

24 : 쇄정장치 26 : 쿠션재 30 : 직선광원

40 : 직류전원장치 50 : 회절판 51 : 타겟

52 : Q물체 60 : 렌즈 61 : 각막렌즈

62 : 수정체렌즈 63 : 대물렌즈 64 : 투영렌즈

65 : 빛모음렌즈 66 : 물체렌즈 67: 줄맞춤렌즈

68 : 교정렌즈 69 : 시야렌즈 69a : 대안렌즈

69b : 사진렌즈 70 : 스크린 70a : 눈금스크린

82 : 조리개 84: 반사경 84a : 제 1반사경

84b : 제 2반사경 90 : 제 1레일 90a : 홈

90b: 눈금 92 : 제 2레일 94: 제 3레일

94a : 제 2케리어 100 : 제 1캐리어 102 : 돌출부

110 : 다기능홀더 120 : 슬라이드 바 130 : 가이드 봉

140 : 하부 바 142 : V홈 150 : 상부 바

152 : 조임체 54 : 조임조절나사 160 : 포스트홀더

165 : f포스트 170 : 고정나사

이하에서는 본 고안에 따른 광학기기특성 실험장치에 관하여 첨부되어진 도면과 더불어 설명하기로 한다.

도 1은 본 고안에 따른 광학기기특성 실험장치의 사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 상기 실험장치(10)는 사각의 케이스(20) 내측에 빛(광)을 출사하기 위한 직선광원(30) 및 전원공급을 위한 직류전원장치(40), 회절판(50), 렌즈(60), 스크린(70), 조리개(82) 및 반사경(84) 등이 수납되어 있고, 상기 각 실험기구들의 배치와 정렬을 위해 제 1레일(90), 제 2레일(92) 및 제 3레일(94) 등이 포함되어 있다.

상기에서 렌즈(60)는 눈구조의 원리, 사진기의 원리, 안경의 원리, 슬라이드투영기의 원리, 현비경의 원리 및 망원경의 원리 실험을 위해 다수개가 구비된다. 이러한 상기 렌즈(60)는 볼록 및 오목렌즈로 구성되며, 그 용도 및 기능에 따라 각막(61), 수정체(62), 대물(63), 투영(64), 빛모음(65), 물체(66), 줄맞춤(67), 교정(68), 시야(69), 대안(69a) 및 사진렌즈(69b)로 쓰인다.

그리고 상기 회절판(50)은 광차단 흑색패널에서 상대적으로 투명하게 형성된 것이다. 이러한 상기 회절판(50)은 빛(광)을 차단하는 흑색 패널에 투명하게 형성된 일종의 무늬로써 빛(광)이 투과되는 소정형상에 따라 타겟(51) 및 Q물체(52) 등으로 구분된다.

이와 같은 상기 회절판(50)의 예시되는 대략적인 형상은 이하에서 설명하는 바와 같다. 먼저 상기 타겟(51)의 형상은 빛(광)을 차단하는 흑색 패널에 빛(광)이 통과할 수 있도록 투명하게 빛(광)이 통과하는 투명 부분이 타겟(51)인 것이 특징이다. 또한 상기 Q물체(52)는 흑색 패널에 빛(광)이 통과할 수 있도록 투명부가 'Q'자 형태로 형성된 구조이다.

이상과 같이 상기 회절판(50)은 빛(광)이 통과할 수 있는 형상을 보다 다양하게 구성하고 빛(광)의 회절실험시에 빛(광)의 특성을 보다 상세히 실험할 수 있도록 하기 위함이다.

그리고 상기 직선광원(30)은 할로겐램프등을 이용하여 광을 유발시키는 장치로서 직류전원장치(40)를 통하여 전원을 공급받아 작동된다. 이러한 상기 직선광원(30)의 광을 토대로 각종 회절판(50), 렌즈(60), 스크린(70), 조리개(82) 및 반사경(84) 등을 통하여 눈구조의 원리, 사진기의 원리, 안경의 원리, 슬라이드 투영기의 원리, 현비경의 원리 및 망원경의 원리 실험을 할 수 있다.

그리고 상기 스크린(70)은 상기 직선광원(30)에서 출사되는 광원을 최종적으로 확인할 수 있는 사각판으로써, 광으로 부터 나오는 상의 투영을 확인할 수 있다. 그리고 상기 눈금스크린(70a)은 원형렌즈형상의 원형판으로써, 중심부위에 눈금을 표시하여 상의 크기를 보다 자세히 확인 할 수 있도록 이루어져 있다.

아울러 상기 조리개(82)는 상기 직선광원(30)에서 출사되는 광의 투과량을 사용자가 선택적으로 조절할 수 있도록 이루어진 것이다.

그리고 상기 반사경(84)은 그 형상에 따라 제 1반사경(84a) 및 제 2반사경(84b)으로 나뉘는데, 이중에서 상기 제 1반사경(84a)은 상기 직선광원(30)에서 출사되는 광이 120도 각도로 반사되도록 삼각기둥형상을 취하고 있으며. 상기 제 2반사경(84b)은 상기 1반사경(84a)으로 부터 반사된 광을 재반사 시키는 역할을 하며, 그 형상은 원형을 취한다.

이와 같은 각종 실험기구들은 상기 케이스(20) 내에 수납되면서 쇄정장치(24)에 의해 고정되는 커버(22)로 덮여지는데, 이 때 커버(22)의 내측에는 쿠션재(26)가 부착되어 있다.

그리고 상기 제 1레일(90)은 상단 양측으로 길이방향을 따라 홈(90a)이 형성되어있으며, 길이방향으로 일측 하단에 눈금(90b)이 표시되어 있다. 이러한 상기 홈(90a)에는 형상적으로 끼움결합되어 상기 제 1레일(90) 상에서 가이드 될 수 있도록 단면이 'ㄷ'자 형상의 제 1캐리어(100)가 다수 구비된다.

이러한 상기 제 1캐리어(100)는 상기 제 1레일(90) 상에서 가이드될 수 있도록 슬라이딩 결합된다. 이 때 상기 제 1캐리어(100)는 슬라이딩될 때 이탈되지 않도록 양단부가 안측방향으로 돌출된 돌출부(102)가 형성된다. 상기에서 제 1캐리어(100)는 실험기구의 설치수량에 따라 선택적으로 그 개수를 가감 또는 증감하여 사용할 수 있다.

그리고 상기 제 1캐리어(100)의 중앙부에는 볼트 결합이 가능하도록 암나사구멍이 형성되어 있다. 이러한 상기 암나사구멍으로 상기 포스트홀더(160)가 장착되며, 상기 포스트홀더(160)는 중공으로서 중앙부에 상하로 높이 조절이 가능하게 포스트(165)가 끼워진다.

아울러 상기 포스트(165)의 상단에 장착되는 다기능홀더(110)로서, 상기 포스트(165)와 하부 바(140)가 결합되고 상기 하부 바(140)의 양측으로 수직 부착된 가이드 봉(130)을 따라 상부 바(150)가 수직 이동하여 렌즈(60) 또는 각종의 실험기구의 홀딩이 가능하다.

상기 제 2레일(92)은 이상에서의 각종실험기구를 조합하여 설치 가능하도록 제 1레일(90)과 동일한 형상이며, 다만 상기 제 1레일(90) 보다 상대적으로 길이가 짧게 이루어져 있다.

상기 제 3레일(94)은 상기 포스트(132)를 기점으로 상기 렌즈(60) 또는 회절판(50)이 전후 이송될 수 있도록 상기 포스트(132) 및 다기능홀더(160)의 사이에 상기 제 1레일(130)의 길이방향을 따라 장착되고 상기 다기능홀더(160)가 결합되도록 다수의 제 2캐리어(94a)가 장착되어 이루어져 있다.

도 2a는 본 고안에 따른 일실시예의 다기능홀더의 사시도이며, 도 2b는 본 고안에 따른 다른 실시예의 다기능홀더의 사시도이다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 상기 다기능홀더(110)는 상기 포스트(165)의 상단에 결합되는 슬라이드 바(120)가 더 구비되어 좌우의 이동이 가능하고 상기 슬라이드 바(120)의 양측으로 수직 부착된 가이드 봉(130)을 따라 하부 바(140) 및 상부 바(150)가 수직 이동하여 상하좌우의 이동이 가능하게 구비된다.

이 때 상기 제 1캐리어(100), 포스트홀더(160)와 다기능홀더(110)의 슬라이드 바(120), 하부 바(140) 및 상부 바(150)의 일측에는 움직임을 고정하는 고정나사(170)가 구비되는 것이 바람직하다.

그리고, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 하부 바(140)는 상기 슬라이드 바(120)에 직접 끼움 가능하여 상부로의 수직 이동없이 좌우의 이동만이 가능하게 구성할 수 있다.

아울러, 상기 다기능홀더(110)의 하부 바(140)의 중앙에는 V홈(142)이 형성되고 상기 상부 바(150)의 중앙에는 스프링에 의하여 탄성력이 제공되는 조임체(152)가 상기 상부 바(150)를 관통하는 조임조절나사(154)로 결합되어 구비된다. 따라서 렌즈(60), 회절판(50) 및 눈금스크린(70a) 등과 같은 실험기구들을 상기 상부 바(150)와 하부 바(140)의 사이에 고정시켜 보다 쉽고 안정감 있게 장착될 수 있다.

도 3a은 본 고안에 따른 인체의 눈구조 실험을 나타나는 사시도이다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 도 3a에 도시된 바와 같이, 제 1레일(90)의 상단에 구비된 제 1캐리어(100)에 포스트홀더(160) 및 포스트(165)와 다기능홀더(110)를 결합하여 일측의 상기 다기능홀더(110)에는 직선광원(30)을 장착하고, 타측의 포스트(165)에는 스크린(70)을 직접적으로 장착한다. 그리고 상기 직선광원(30)과 스크린(70)의 사이에 차례대로 Q물체(52), 물체렌즈(66), 각막렌즈(61) 및 수정체렌즈(62)를 각각의 상기 다기능홀더(110)에 장착하여 정렬한다.

이하에서는 상기와 같이 구성된 실험기구들을 이용하여 실험과정을 설명하기로 한다.

실험1) 눈 구조와 사진기의 원리실험

1-1) 눈 구조 실험

먼저 직선광원(30)의 필라멘트를 수직으로 세우고, Q물체(52)와 물체렌즈(66)의 간격을 약 150mm 정도의 간격으로 정렬한다. 이 때 수정체렌즈(62)와 스크린(70)을 최대한 접근시키고, 각막렌즈(61)를 이동하면서 직선광원(30)의 광이 가장선명하게 될 때 상기 각막렌즈(61)를 고정한다.

이 후 스크린(70)에 명확한 상이 맺도록 수정체렌즈(62)를 움직인다. 그리고 Q물체(52)의 상을 계속 각막렌즈(61) 방향으로 접근시키면서 관찰한다. 그리고 물체렌즈(66)를 제거한 후 Q물체(52)를 각막렌즈(61)쪽으로 직접 접근시키면서 수정체렌즈(62)를 조절한다. 그러면서 스크린(70)에 맺히는 상을 관찰한다.

이 때 Q물체(52)가 너무 가까우면 수정체렌즈(62)를 아무리 조절하여도 상을 맺일 수 없다. 따라서 명확한 상을 관찰할 수 있는 최소 거리가 근점이다. 이 근점을 측정하여 기록한다.

1-2) 안경의 원리

먼저 도 3a과 같이 실험기구들을 정렬한다. 이 때 각막렌즈(61)와 수정체렌즈(62)의 간격이 넓을 때 상의 초점거리는 길게되고, 간격이 좁을수록 초점거리도 짧아지는 것을 알 수 있다.

그 다음 Q물체(52)와 물체렌즈(66)의 간격을 약 150mm 정도로 정렬하고 수정체렌즈(62)를 각막렌즈(61)에 근접시킨다. 이 후 상의 초점거리를 짧게하면, 스크린(70) 위에 명확한 상이 맺히지 않는 것을 확인하여 근시실험을 관찰한다.

마지막으로 근시교정실험을 위해 교정렌즈(68)를 추가하여 각막렌즈(61) 앞에 놓는다. 이 때 교정렌즈(68)를 앞뒤로 움직이면서 스크린(70) 위의 상을 관찰하고 변화를 기록한다.

그리고 Q물체(52)를 상의 근점에 두고, 수정체렌즈(62)를 각막렌즈(61)에서 약 150mm 정도의 간격을 둔다. 그러면 상의 초점거리가 너무 길어, 스크린(70) 위에 명확한 상이 맺혀지지 않는 것을 확인하여 원시실험을 관찰한다.

도 3b는 본 고안에 따른 사진기의 원리 실험을 나타나는 사시도이다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 제 1레일(90)의 상단에 구비된 제 1캐리어(100)에 포스트홀더(160) 및 포스트(165)와 다기능홀더(110)를 결합하여 일측의 상기 다기능홀더(110)에는 직선광원(30)을 장착하고, 타측의 포스트(165)에는스크린(70)을 직접적으로 장착한다. 그리고 상기 직선광원(30)과 스크린(70)의 사이에 차례대로 Q물체(52), 물체렌즈(66), 조리개(82) 및 대물렌즈(63)를 각각의 상기 다기능홀더(110)에 장착하여 정렬한다.

1-3) 사진기의 원리

먼저 Q물체(52)와 물체렌즈(66)의 간격을 약 150mm 정도 떨어진 위치에 정렬한 후 대물렌즈(63)를 조절하여 스크린(70) 위에 명확한 상이 맺히게 한다. 이 후 조리개(82)의 크기를 조절하면서 상의 변화를 기록한다. 그리고 물체렌즈(66)를 이동하여 물체의 상 위치를 변화시키고, 대물렌즈(63)를 조절하여 스크린(70) 위에 명확한 상이 맺게 하고 근점을 측정하여 기록한다.

도 4는 본 고안에 따른 슬라이드 투영기의 원리 실험을 나타나는 사시도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1레일(90)의 상단에 구비된 제 1캐리어(100)에 포스트홀더(160) 및 포스트(165)와 다기능홀더(110)를 결합하여 일측의 상기 다기능홀더(110)에는 직선광원(30)을 장착하고, 타측의 포스트(165)에는 스크린(70)을 직접적으로 장착한다. 그리고 상기 직선광원(30)과 스크린(70)의 사이에 차례대로 한쌍의 빛모음렌즈(65), Q물체(52) 및 투영렌즈(64)를 각각의 상기 다기능홀더(110)에 장착하여 정렬한다.

실험 2) 슬라이드 투영기의 원리

개요: 투영기는 투명한 필름 상에 있는 내용을 많은 사람이 볼 수 있도록 넓은 화면에 확대하는 장치이다. 투영기를 제작할 때 먼저 고려해야 할 사항은 렌즈계인데, 첫째는 슬라이드를 화면에 투영하는 투영렌즈이고, 두번째는 광원의 광을슬라이드 쪽으로 모으는 빛모음렌즈이다. 빛모음렌즈로 사용되는 렌즈는 많은 광량을 모으기 위해서 광원에 가까이 접근시키므로 초점거리가 짧고 투영렌즈는 투영할 거리와 확대배율에 따라 결정된다. 빛모음렌즈와 투영렌즈 사이의 간격이 너무 가까우면 명확한 상을 얻기 어렵고 너무 멀면 광의 손실이 많다. 따라서 일반적으로 빛모음 렌즈에 의한 광원의 필라멘트 상이 투영렌즈의 위치에 생기고, 크기가 거의 투영렌즈를 체우도록 배열한다.

도 4와 이 실험기구들을 정렬한다. 먼저 Q물체(52)는 제거하고 빛모음렌즈(65)와 투영렌즈(64)를 움직여 투영렌즈(64) 위에 형성된 광원의 상 크기가 투영렌즈(64)와 거의 같게 되도록 정렬한다. 그리고 Q물체(52)를 빛모음렌즈(65)에 바짝 붙히고, 투영렌즈(64)를 움직여 원하는 스크린(70)에 투영한다. 이 때 각 부품의 위치, 상의 크기를 기록한다.

마지막으로 광원과 빛모음렌즈(65)를 움직이면서, 상의 크기 및 밝기의 변화를 기록하고 초점거리가 다른 투영렌즈(64)를 사용하여 실험을 한다.

도 5a는 본 고안에 따른 돋보기 원리 실험을 나타나는 사시도이다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 제 1레일(90)의 상단에 구비된 캐리어(100)에 포스트홀더(160) 및 포스트(165)와 다기능홀더(110)를 결합하여 일측의 상기 다기능홀더(110)에는 직선광원(30)을 장착한다. 그리고, 차례대로 줄맞춤렌즈(67), Q물체(52), 돋보기(볼록랜즈)(60)를 각각의 상기 다기능홀더(110)에 장착하여 정렬한다.

실험 3) 돋보기와 접안렌즈

3-1) 돋보기

개요: 물체의 양끝에서 눈으로 들어오는 각의 크기로 사람들은 물체의 크기를 판단한다. 따라서 맨 눈으로 물체를 가장 크게 볼 수 있는 거리가 근점이 된다. 근점은 사람에 따라 다르지만 약 25cm 정도로 잡는다. 물체가 초점에 가까울 수록 돋보기에 의한 허상은 무한이 커지지만, 관측자의 눈에 들어오는 입사각은 유한하므로 돋보기의 배율도 유한하다.

먼저 도 4와 이 실험기구들을 정렬한다. 그리고 직선광원(30)과 줄맞춤렌즈(67)로 평행광을 만들어 Q물체(52)에 광을 준다. 그리고 돋보기(볼록렌즈)(60)와 Q물체(52)를 결합하여 정렬한 후 돋보기(60)를 움직이면서 Q물체(52)의 크기변화를 관측하고 기록한다. 이 때 Q물체(52)가 가장 크고 선명하게 관측되는 위치를 찾아 기록한다. 그리고 각 배율을 계산한 후 돋보기(60)를 교체하여 실험을 한다.

도 5b은 본 고안에 따른 접안렌즈 원리 실험을 나타나는 사시도이다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 제 1레일(90)의 상단에 구비된 캐리어(100)에 포스트홀더(160) 및 포스트(165)와 다기능홀더(110)를 결합하여 일측의 상기 각 다기능홀더(110)에는 직선광원(30) 및 Q물체(52)를 장착한다. 그리고 중앙의 포스트(165)에 결합된 다기능홀더(110)에는 물체렌즈(66)를 장착하고, 타측의 포스트(165)에는 접안렌즈를 만들기 위해 제 3레일(94)을 결합한다.

상기에서 제 3레일(94)의 상부에는 3개의 제 2케리어(94a)가 길이방향으로 결합되어 있으며, 상기 각 제 2케리어(94a) 상부에는 3개의 다기능홀더(110)가 결합된다.

이러한 3개의 다기능홀더(110)에는 일측에서 순차적으로 시야렌즈(69), 타겟(51) 및 대안렌즈(69a)를 홀딩하여 접안렌즈를 구성한다.

3-2) 접안렌즈

개요: 다른 광학계가 만든 상을 보기 위해서 사용되는 돋보기를 접안렌즈 또는 접안안경이라고 부른다. 접안렌즈의 각 배율은 광학계 전체의 배율에 영향을 주게 되는데, 명확한 상을 얻기 위해서는 접안렌즈의 수차를 줄여야 한다. 특히 횡색수차가 적어야 하며, 이렇게 하기 위해서 접안렌즈는 보통 두개의 렌즈를 조합하여 만든다.

먼저 도5b와 같이 실험기구들을 정렬한다. 이 때 직선광원(30)의 광을 조사하여 물체렌즈(66)로 축소된 상을 만들고, 위치를 기록한다.

그리고 Q물체(52)의 상이 시야렌즈(69) 안쪽에 오도록 정렬한 후 접안렌즈를 서서히 움직이면서 상의 변화를 관찰한다. 아울러 Q물체(52)가 가장 선명히 보이는 위치에 상기 접안렌즈를 고정하고, 시야렌즈(69) 및 대안렌즈(69a)의 실상 위치를 측정하고 기록한다. 이 후 시야렌즈(69)를 제거하고 대안렌즈(69a) 만을 이동하면서 상을 관찰하고 비교한다.

마지막으로 간격 및 크기가 다른 렌즈(60)를 이용하여 접안렌즈를 구성하고 실험을 되풀이한다.

도 6은 본 고안에 따른 현미경의 원리 실험을 나타나는 사시도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제 1레일(90)의 상단에 구비된 캐리어(100)에 포스트홀더(160) 및 포스트(165)와 다기능홀더(110)를 결합하여 일측의 상기 각 다기능홀더(110)에는 직선광원(30) 및 Q물체(52)를 장착한다. 그리고 중앙의 포스트(165)에 결합된 다기능홀더(110)에는 대물렌즈(63)를 장착하고, 타측의 포스트(165)에는 접안렌즈를 구성하기 위해 제 3레일(94)을 결합한다.

이러한 3개의 다기능홀더(110)에는 일측에서 순차적으로 눈금스크린(70a), 시야렌즈(69) 및 대안렌즈(69a)를 홀딩하여 접안렌즈를 구성한다.

실험 4) 현미경의 원리

개요: 현미경을 사용하면 작은 물체를 더 크게 볼 수 있다. 간단한 현미경은 짧은 초점거리를 갖는 대물렌즈와 접안렌즈로 구성되어 있다. 작은물체를 대안렌즈의 초점거리 밖에 놓으면 접안렌즈 앞에 실상이 형성된다. 이 실상을 접안렌즈의 초점 앞에 놓으면 확대된 허상이 보이게 된다. 대물렌즈의 상은 현미경에 입사동되며, 접안렌즈에 의한 대물렌즈의 상은 출사동된다. 출사동은 에너지 밀도가 최적인 장소로 눈의 동공이 놓이기에 가장 좋은 위치이다.

먼저 도 6과 같이 실험기구들을 정렬한다. 그리고 대물렌즈(63)로 확대된 상을 만들고 Q물체(52) 및 대물렌즈(63) 상의 위치를 기록한다. 그리고 대안렌즈(69a)를 미세 조정하여 눈금스크린(70a)이 명확이 보이는 위치에 고정한다. 그리고 접안렌즈를 서서히 움직이면서 Q물체(52)의 상이 눈금스크린(70a)의 눈금에 명확히 맺히는 위치에 고정하고, 확대 배율을 측정하여 기록한다.

그 다음 대물렌즈(63)를 제거하고, Q물체(52)를 대물렌즈(63) 위치에 놓는다. 이 때 접안렌즈에 의해서 생기는 상의 위치를 찾아 기록한다. 이러한 위치가 출사동이 된다. 그리고 Q물체(52)와 대물렌즈(63)를 처음의 위치에 정렬한다. 그 다음 눈을 출사동의 위치에서 앞뒤로 움직이면서 상의 변화를 관찰하고 기록한다.

도 7a은 본 고안에 따른 굴절망원경의 원리 실험을 나타나는 사시도이다. 도 7a에 도시된 바와 같이. 제 1레일(90)의 상단에 구비된 캐리어(100)에 포스트홀더(160) 및 포스트(165)와 다기능홀더(110)를 결합하여 일측 및 타측의 상기 각 다기능홀더(110)에 대물렌즈(63) 및 대안렌즈(69a)를 장착하고 중앙의 포스트(165)에는 스크린(70)을 직접적으로 장착하여 정렬한다.

실험 5) 망원경의 원리

5-1) 굴절망원경

개요: 망원경은 일반적으로 상을 만드는 광하계의 렌즈가 사용된다. 이 때 거울의 사용에 따라 크게 굴절식과 반사식으로 구분된다.

먼저 도 7a와 같이 실험기구들을 정렬하여 망원경을 만든다. 그리고 이와 같이 구성된 실험기구들을 약 100mm 정도 떨어진 물체를 향하여 수평선상으로 놓는다. 이 때 스크린(700을 움직여 상이 명확한 위치를 찾아 기록한다. 이 지점이 대물렌즈(63)의 초점면이 된다.

그리고 대안렌즈(69a)를 스크린(70) 위에 있는 상이 명확하게 되도록 고정한 후 위치를 기록한다. 그 다음 스크린(70)을 제거하고 상의 변화를 관측한다.

그다음 대안렌즈(69a)와 대물렌즈(63)의 위치를 고정하고 직선광원(30)으로대물렌즈(63)에 광을 준다. 이 때 눈금스크린(70a)을 대안렌즈(69a) 뒤에 놓고 움직여, 대안렌즈(69a)에 의한 대물렌즈(63)의 상을 찾고, 상의 크기를 기록한다. 그리고 대물렌즈(63)의 크기를 측정하여 망원경의 배율을 결정한다. 마지막으로 대안렌즈(69a)를 접안레즈로 교체하고 실험을 되풀이 한다.

도 7b는 본 고안에 따른 반사망원경의 원리 실험을 나타나는 사시도이다. 도 7b에 도시된 바와 같이, 먼저 제 1레일(90)의 상단에 구비된 한쌍의 캐리어(100)에 포스트홀더(160) 및 포스트(165)를 결합하고, 각각의 포스트(165)에는 제 1반사경(84a)과 제 2반사경(84b)을 직접적으로 설치한다.

그리고 상기 제 2레일(92)을 제 1레일(90)의 폭방향에 놓는다. 이 때 상기 제 2레일(92)은 상기 제 1반사경(84a)과 수평선상이 되도록 정렬한다. 이 때 상기 제 2레일(92)에는 단일의 캐리어(100)에 포츠트홀더(160) 및 포스트(165)가 장착되고, 상기 포스트(165)에는 제 3레일(94)이 길이방향으로 설치된다. 이러한 제 3레일(94)의 상부에는 한쌍의 다기능홀더(110)가 설치되고 상기 다기능홀더(110)에는 시야렌즈(69) 및 대안렌즈(69a)가 홀딩되어 구성된다.

5-2) 반사망원경

먼저 도 7b에서 제 1레일(90) 만을 설치한다. 이 때 상기 제 1레일(90)에 설치된 제 2반사경(84b)을 약 100mm 정도 떨어진 물체를 향하여 놓는다. 이 때 눈금스크린(70a)을 장착하여 상이 명확한 위치를 찾아 기록하고, 제 2반사경(84b)의 초점면을 찾는다.

그리고 눈금스크린(70a)을 제거한후 제 1반사경(84a)을 45°각도로 설치한다. 이 때 상기 제 2레일(92)을 설치하고 스크린(70)을 이용하여 제 1반사경(84a)에 의해 반사된 상을 찾는다. 그리고 상이 가장 명확한 위치를 찾아 기록하고 상의 변화를 관찰하여 재기록한다.

도 7c는 본 고안에 따른 망원사진의 실험을 나타내는 사시도이다. 도 7c에 도시된 바와 같이, 제 1레일(90)의 상단에 구비된 캐리어(100)에 포스트홀더(160) 및 포스트(165)와 다기능홀더(110)를 결합하여 일측부터 순차적으로 대물렌즈(63), 대안렌즈(69a) 및 사진렌즈(69b)를 장착한다. 그리고 타측의 상기 포스트(165)에 스크린(70)을 직접적으로 장착한다.

5-3) 망원사진

개요: 멀리 있는 물체를 확대하여 사진을 찍고자 하면, 초점거리가 긴 렌즈가 부착된 사진기를 사용하여야 한다. 그러나 사진기의 경통 길이는 제한되어 있으므로, 볼록렌즈 뒤에 오목렌즈를 두어 경통의 길이보다 초점거리가 긴 렌즈계로 확대된 상을 얻게 되는데, 이 때 사용되는 렌즈계를 망원사진렌즈(Telephoto lens)라 칭한다.

먼저 도 7c와 같이 실험기구를 정렬한 다음, 스크린(70) 위에 상을 잡는다. 그리고 상의 밝기와 크기의 변화를 비교하여 기록한다. 아울러 사진렌즈(69b)를 제거하고 대안렌즈(69a)와 스크린(70)을 움직여 상을 잡는다. 그리고 상의 밝기와 크기의 변화를 비교하고 기록한다.

마지막으로 대안렌즈(69a)를 오목렌즈로 교체하고, 오목렌즈와 스크린(70)을 움직여 상을 잡는다. 상의 밝기와 크기의 변화를 비교하고 기록한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안에 따른 렌즈의 초점거리측정 실험장치에 의하면, 사각의 케이스 내측에 광을 발생시키는 직선광원, 전원 공급을 위한 직류전원장치와, 렌즈, 회절판, 조리개, 반사경 및 스크린 등의 실험기기들을 설치하기 위해 제 1레일, 제 2레일, 제 3레일, 다기능홀더, 포스트 및 포스트홀더로 광학실험장치를 구성하여 학생들이 직접 실험하고 관찰할 수 있게 되었다.

그리고 서로 다른 렌즈, 회절판, 조리개, 반사경 및 스크린을 조합하여 눈구조의 원리, 사진기의 원리, 안경의 원리, 슬라이드투영기의 원리, 현비경의 원리 및 망원경의 원리를 측정하고 관찰할 수 있도록 학생들이 직접 설치 및 관찰이 용이한 실험기기들로 구성된 광학기기특성 실험장치를 제공하는 것이다.

이로써, 경제적이고 실효성 있는 광학실험장치 및 관련 실험을 응용하여 학습할 수 있어, 학생 및 교수들의 실력증진과 과학기술발전에 기여할 수 있는 참된 실험실습을 폭넓게 진행할 수 있게 되었다.

비록 본 고안이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 고안의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 첨부된 청구의 범위는 본 고안의 진정한 범위내에 속하는 그러한 수정 및 변형을 포함할 것이라고 여겨진다.

Claims

상단 양측으로 길이 방향을 따라 홈(90a)이 형성되고 상기 홈(90a)에 짝을 이루어 끼워지는 돌출부(102)가 구비되어 형상적으로 대응함으로 좌우 이송되는 소정 개수의 제 1캐리어(100)가 구비되는 소정 길이의 제 1레일(90) 및 제 2레일(92);

상기 제 1캐리어(100)의 중앙부에 볼트 결합되어 장착되는 중공의 포스트홀더(160);

상기 포스트홀더(160)의 중앙부에 상하 이동으로 높이 조절이 가능하게 끼워지는 포스트(165);

상기 포스트(165)의 상단에 하부 바(140)가 결합되고 상기 하부 바(140)의 양측으로 수직 부착된 가이드 봉(130)을 따라 상부 바(150)가 수직 이동하여 각 렌즈(60) 또는 각종의 실험기구의 홀딩이 가능한 다기능홀더(110);

상기 다기능홀더(110)에 홀딩되며, 직류전원장치(40)에 전기적으로 연결되어 상기 렌즈(60)의 일면을 향해 빛을 출사하는 직선광원(30);

상기 다기능홀더(110)에 홀딩되며, 빛을 차단하는 흑색 패널에 투영하여 빛(광)이 투과되는 Q물체(52) 및 타겟(51)으로 구성된 회절판(60);

상기 빛의 투과량이 조절되도록 외주연 하부에 상기 포스트(165)의 상부가 결합되는 조리개(82);

상기 포스트(165)에 직접 장착되며, 조사되는 빛이 120도 각도로 반사되도록삼각기둥형상을 갖는 제 1반사경(84a);

상기 포스트(165)에 직접 장착되며, 제 1반사경(84a)으로 부터 반사된 빛을 재반사 시키는 원형의 제 2반사경(84b); 및

빛의 투과 또는 반사된 맺힘상 관찰을 위해 스크린(70);을 구비시켜 커버(22)가 구비된 케이스(20) 내에 수납시킨 것을 특징으로 하는 광학기기특성 실험장치.
제 1항에 있어서, 상기 포스트(132)를 기점으로 상기 렌즈(60) 또는 회절판(50)이 전후 이송될 수 있도록 상기 포스트(132) 및 다기능홀더(160)의 사이에 상기 제 1레일(90)의 길이방향을 따라 장착되고 상기 다기능홀더(110)가 결합되도록 다수의 제 2캐리어(94a)가 장착되는 제 3레일(94)이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 광학기기 특성 실험장치.
제 1항에 있어서, 상기 렌즈(60)는 용도에 따라 각막(61), 수정체(62), 대물(63), 투영(64), 빛모음(65), 물체(66), 줄맞춤(67), 교정(68), 시야(69), 대안(69a) 및 사진렌즈(69b)로 사용되는 것을 특징으로 하는 광학기기특성 실험장치.
제 1항에 있어서, 상기 다기능홀더(110)는 상기 포스트(165)의 상단에 결합되는 슬라이드 바(120)가 더 구비되고, 상기 슬라이드 바(120)의 양측으로 수직 부착된 가이드 봉(130)을 따라 하부 바(140) 및 상부 바(150)가 수직 이동하여 상하좌우의 이동이 가능한 것을 특징으로 하는 광학기기특성 실험장치.
제 1항 또는 제 4항에 있어서, 상기 하부 바(140)는 상기 슬라이드 바(120)에 끼움 가능한 것을 특징으로 하는 광학기기특성 실험장치.
제 1항에 있어서, 상기 다기능홀더(110)의 하부 바(140)의 중앙에는 V홈(142)이 형성되고 상기 상부 바(150)의 중앙에는 스프링에 의하여 탄성력이 제공되는 조임체(152)가 상기 상부 바(150)를 관통하는 조임조절나사(154)로 결합되어 구비되는 것을 특징으로 하는 광학기기특성 실험장치.
제 1항에 있어서, 상기 제 1레일(90)은 길이방향으로 일측 하단에 눈금(90b)이 표시되는 것을 특징으로 하는 광학기기특성 실험장치.
제 1항에 있어서, 상기 제 1캐리어(100), 포스트홀더(160)와 다기능홀더(110)의 슬라이드 바(120), 하부 바(140) 및 상부 바(150)의 일측에는 움직임을 고정하는 고정나사(170)가 구비되는 것을 특징으로 하는 광학기기특성 실험장치.