专利名称：光学教育组合玩具的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光学教育组合玩具，其组合单元主要包括轨道、滑块、反射聚光镜、电珠、聚光镜筒、显微聚光镜、显微物镜和目镜，特别适合中、小学学生几何光学与物理光学试验使用，同时，也是一种少年与儿童玩具。
在现有技术中，西安蓝田光学仪器厂生产一种J2507型光具座，主要由支腿、刻度尺、滑块、轨道和一组透镜(单凸透镜、双凸透镜、双凹透镜)，以及光屏、插杆、烛台及光源构成，它虽然具备试验凸透镜成像、测定凸透镜的焦距、测定凹透镜的焦距、组装显微镜、组装开普勒天文望远镜的功能，而这些功能仅仅是作为教学演示，以验证光学原理而已，缺乏真实感，它只是一种教学工具，精确度很低，没有其它方面的应用价值。
本实用新型的目的旨在改进光具座，使其不但具备在实验室作教学工具，也能走出实验室而能实际应用的一种光学教育组合玩具。
本实用新型的目的可以通过以下措施来达到幻灯机、显微镜、望远镜采用下列标准组合单元和若干附件组装而成，标准组合单元之一是聚光镜筒(Ⅰ)，圆管形的外筒(1)下方沿轴向开有槽口，在其右端内腔有圆环形卡圈(4)，该卡圈用来固定凸透镜(3)，在聚光镜筒左端装入反射聚光镜(2)，反射聚光镜下端装一圆柱形支柱(5)，该支柱的直径和安装位置正好与聚光镜筒下方的槽口宽度及位置匹配和相对应，通过支柱滑块来实现聚光镜筒与轨道的连接、调整与固定。标准组合单元之二是调节镜筒(Ⅱ)，带有圆环形台阶的圆管形定筒(6)，左边的直径大于右边的直径并且同轴心线，圆管形的动筒(7)从定筒右端装入，动筒的外径与定筒右端的内径相匹配，在动筒的下方装有齿条(8)，该齿条的长度与动筒的长度相同，带齿的手轮(9)与齿条(8)相啮合，手轮下方安装支柱(10)，动筒右端装卡圈(11)，用以安装定位透镜和固定环，在定筒左端的下部装支柱(38)。标准组合单元之三是显微物镜(Ⅲ)，圆管状的物镜筒(12)左端内腔装物镜(13)，物镜筒外径上安装一物镜固定环(14)。标准组合单元之四是目镜(Ⅳ)，圆管形的目镜筒(17)左端内腔装单面凸透镜(15)，右端内腔装单面凸透镜(18)，镜筒外径上安装目镜固定环(16)。标准组合单元之五是望远物镜筒(Ⅴ)，圆管形的望远物镜筒(20)左端内腔有卡圈(19)，在卡圈处安装单面凸透镜(41)，镜筒下部装有支柱(21)。标准组合单元之六是呈圆管形的望远物镜连接筒(Ⅵ)。标准组合单元之七是显微聚光镜(Ⅶ)，聚光镜(22)通过两个销轴(25)与连接架(23)连接，在支架下部中心处装有支柱(24)。标准组合单元之八是轨道(Ⅷ)，轨道断面呈“梅花”形状，共有两部分组成，定轨道(26)与动轨道(27)通过螺栓(28)连接，动轨道与定轨道连接后是平直的，动轨道也可绕螺栓(28)旋转，转到任一角度可通过螺栓(28)固定，轨道侧面刻出公制尺寸刻度，在轨道的中间位置通过螺栓(29)把轨道与支杆(30)连接起来，该支杆插入底座(32)上的套管(31)中。标准组合单元之九是滑块(Ⅸ)，滑块内形断面呈“梅花”形状，正好与轨道断面外形匹配，上面中心处固定安装套管(34)，内径呈圆形，套管中间装一个锁紧螺钉(36)，滑块侧面也装有一个锁紧螺钉(37)。
本实用新型的目的还可以通过以下措施来达到幻灯机由聚光镜筒(Ⅰ)和调节镜筒(Ⅱ)同轴线套装，通过滑块(Ⅸ)与轨道(Ⅷ)连接固定，在反射聚光镜焦点处安装光源电珠(39)，在调节镜筒左端的槽口(43)处插入幻灯片从而组合装配成幻灯机。望远镜由望远物镜筒(Ⅴ)、连接筒(Ⅵ)、调节镜筒(Ⅱ)、目镜(Ⅳ)从左至右依次同轴线套装，支柱装入滑块上的套管，通过滑块(Ⅸ)与轨道(Ⅷ)连接固定，从而组合装配成望远镜。显微镜由聚光镜筒(Ⅰ)、显微聚光镜(Ⅶ)、标本板(42)、显微物镜(Ⅲ)、目镜(Ⅳ)、调节镜筒(Ⅱ)，通过支柱装入滑块(Ⅸ)上的套管，经套装在轨道(Ⅷ)上的滑块实现与轨道的连接固定，聚光镜筒(Ⅰ)安装在定轨道的左端，并在聚光镜(2)的焦点处安装光源电珠(39)，显微聚光镜(Ⅶ)安装在定轨道的右端，动轨道绕螺栓(28)逆时针转一个角度，在动轨道上安装标本板(42)和调节镜筒(Ⅱ)，调节镜筒内同轴线安装目镜(Ⅳ)和显微物镜(Ⅲ)，从而组合装配成显微镜。在组合装配显微镜时，动轨道绕螺栓(28)逆时针旋转的角度为60°～80°。在整个轨道中，动轨道的长度为定轨道长度的1／2，轨道上刻出的公制刻度的最小单位为毫米，在观看和望远时，根据需要整个轨道可以调成水平状态，也可以利用螺钉(29)，使轨道绕螺钉(29)回转，对轨道调节出任意的角度。
附图的图面说明
图1是聚光镜筒示意图；图2是聚光镜筒的A向视图3是调节镜筒示意图；图4是显微物镜示意图；图5是目镜示意图；图6是望远物镜示意图；图7是连接筒示意图；图8是显微聚光镜示意图；图9是轨道示意图；
图10是轨道A－A剖视图；
图11是滑块的主视图；
图12是滑块的侧视图；
图13是幻灯机装配示意图；
图14是望远镜装配示意图；
图15是显微镜装配示意图；本实用新型下面将结合附图作进一步详述
图1和图2是聚光镜示意图，在装配示意图中聚光镜筒以罗马数字(Ⅰ)来表示，它是组合单元之一，圆管形的外筒(1)下方沿轴向开有槽口，槽口长度相当于该镜筒长度的一半，槽口宽度与支柱(5)匹配，这个槽口用来调整反射聚光镜(2)的安装位置，在聚光镜筒的右端装有一个圆环形卡圈(4)，用来安装固定凸透镜(3)，并能沿凸透镜(3)圆周密封，聚光镜筒左端装入反射聚光镜(2)，反射聚光镜(2)可以左右调节，在该反射聚光镜的正下端装一圆柱形支柱(5)，支柱(5)在使用时装在反射聚光镜上，不用时可以取下来，便于存放，这一支柱的中心线恰于反射镜面对称轴线重合，支柱的直径和安装位置正好与聚光镜筒下方的槽口宽度及位置匹配和对应。
图3是调节镜筒示意图，在装配示意图中调节镜筒用罗马数字(Ⅱ)来表示，它是组合单元之二，带有圆环形台阶的圆管形定筒(6)左边直径大于右边的直径，并且同轴心线，圆管形的动筒(7)从定筒右端装入，动筒的外径与定筒右端的内径相匹配，定筒左端的侧面，开一长方形槽口(43)，是幻灯片的出入口，在动筒的下方装有齿条(8)，该齿条的长度与动筒的长度相同，以便使动筒有足够的调节尺寸，带齿的手轮(9)与齿条(8)相啮合，转动手轮即可使动筒左右移动，手轮下方装有支柱(10)，定筒对应齿条和手轮的啮合位置开有槽口，动筒右端内腔安装卡圈(11)，用来安装固定透镜和目镜的定位环，在定筒左侧的下方安装圆柱形支柱(38)，用以支承镜筒，与轨道上的滑块连接。
图4是显微镜物镜示意图，在装配示意图中显微物镜用罗马数字(Ⅲ)来表示，它是组合单元之三，圆管形的物镜筒(12)左端要安装物镜(13)，物镜筒外径上安装一物镜固定环(14)，此固定环的外径与调节镜筒(Ⅱ)的定筒内径相匹配。
图5是目镜示意图，在装配示意图中以罗马数字(Ⅳ)来表示，它是组合单元之四，圆管形的目镜筒(17)左端装单面凸透镜(15)，右端装单面凸透镜(18)，镜筒外径上安装目镜固定环(16)，此环的外径与调节镜筒(Ⅱ)的动筒内径相匹配。
图6望远物镜示意图，在装配示意图中以罗马数字(Ⅴ)来表示，它是组合单元之五，圆管形的望远物镜筒(20)左端内腔装一卡圈(19)，在卡圈处安装单面凸透镜(41)，卡圈上装的透镜，根据实际要求可以更换，在望远物镜筒(20)的下方安装有一圆柱形支柱(21)，这一支柱的中心线与镜筒截面的纵向对称线重合，此支柱的作用是通过它插入滑块上的套管来实现镜筒与轨道的连接与定位。使用时安在镜筒上，不用时可将支柱取下。
图7是连接筒示意图，在装配示意图中以罗马数字(Ⅵ)来表示，它是组合单元之六，断面呈圆管形。
图8是显微聚光镜示意图，在装配示意图中用罗马数字(Ⅶ)来表示显微聚光镜，它是组合单元之七，聚光镜(22)通过两个销轴(25)与连接架(23)连接，两销轴的中心线连线为一直线并与聚光镜的水平中心线重合，聚光镜可绕两销轴回转，并能在任何角度上固定，在连接架(23)的下部中心处装有支柱(24)，通过该支柱实现显微聚光镜与轨道的连接与定位。
图9和
图10是轨道示意图及其A－A剖视图，在装配示意图中以罗马数字(Ⅷ)来表示轨道，它为组合单元之八，轨道断面呈“梅花”形状，共有两部分组成，定轨道(26)与动轨道(27)通过螺栓(28)连接，动轨道与定轨道连接后是平直的，动轨道也可以绕螺栓双向旋转，转到任一角度均可通过螺栓(28)固定，轨道侧面刻出公制尺寸刻度，其刻度最小单位为毫米，动轨道的长度相当于定轨道长度的一半，在整个轨道的中间位置用螺钉(29)把轨道和支杆(30)连接起来，轨道通过螺钉(29)可调成水平状态，也可调出所需的任何角度，支杆(30)插入圆盘形底座(32)上的套管(31)中，用螺钉(33)固定，支杆可在套管中上下调整，以求得合适的使用高度，整个轨道可绕螺钉(29)调成水平状态，也能调节使用时所需要的角度。
图11和
图12是滑块的主视图与侧视图，在装配示意图中用罗马数字(Ⅸ)来表示，它是组合单元之九，滑块(35)断面内形呈“梅花”形状，正好与轨道断面的外形匹配，它能套装在轨道上，并沿轨道双向滑动，定位用锁紧螺钉(37)即可固定在轨道上的任何一位置，在滑块上面中间位置装一套管(34)，该套管的内径呈圆形，其内径尺寸与支柱外径尺寸相匹配，在套管外侧的适当位置装有锁紧螺钉(36)。
使用这些标准的组合单元中的一部分再配上所需要的附件，可以组合装配成幻灯机、望远镜、显微镜，
以下结合附图来进一步描述这些装配组合。
图13是幻灯机装配示意图，幻灯机选用标准的组合单元中的聚光镜筒(Ⅰ)、调节镜筒(Ⅱ)、轨道(Ⅷ)、双凸透镜(45)、四个滑块(Ⅸ)和附件光源电珠(39)、幻灯片(40)进行组合装配；聚光镜筒(Ⅰ)与调节镜筒(Ⅱ)套合装配，由于都是圆形镜筒，套合后，轴线相重合，调节镜筒(Ⅱ)左端定筒的内径与聚光镜筒(Ⅰ)的外径尺寸是相匹配的，在动筒右端卡圈(11)处，安装固定双凸透镜(45)，此透镜即为镜头，光源电珠(39)安放在支柱(44)上端，通过聚光镜筒下方的槽口移入筒内，然后安装聚光镜(2)在镜筒的左端，调整各个滑块的位置并锁定，再调整各支柱的高度并协调一致后锁定，使光源电珠处在聚光镜的焦点，按要求也可以作其它距离的调节，这样一架幻灯机即组合装配完成，开亮电珠，从槽口(43)插入幻灯片即可观看，通过转动手轮调整镜头左右移动，能选择最佳的观看清晰度。当幻灯机聚光镜用f＝50mm的凸透镜，镜头用f＝100mm的凸透镜，聚光镜位于光源电珠和镜头中心连线的中点上，光源电珠至反射聚光镜的距离等于反射聚光镜焦距的两倍，通过手轮调整调节镜筒即可见清析画面，屏幕可以是墙面，在放映距离为2米时，放大倍数为20倍。
图14是望远镜装配示意图，望远镜的装配选用标准组合单元中的望远物镜筒(Ⅴ)、连接筒(Ⅵ)、调节镜筒(Ⅱ)、目镜(Ⅳ)、轨道(Ⅷ)和三个滑块(Ⅸ)组合装配；望远物镜筒(Ⅴ)、连接筒(Ⅵ)、调节镜筒(Ⅱ)和目镜(Ⅳ)从左至右依次套装，由于套装的相关的直径尺寸是互相协调的，所以各镜筒的轴线重合，调整三个滑块(Ⅸ)的相对距离并锁紧在轨道(Ⅷ)上，调支柱上的高度后锁定，这样，一架望远镜即组合装配完成，它可以水平望远，也可以使轨道(Ⅷ)绕螺钉(29)调出一个仰角来观看天体。如果目镜选用焦距f＝40mm，物镜选用焦距f′＝800mm，就可以得到一架20倍的开普勒望远镜，可清晰的看到月球上的环形山。如果将目镜(Ⅳ)去掉，在K点换装一个凹透镜，其焦距f＝60mm，物镜焦距仍为f′＝800mm，则构成一架约13倍的伽利略望远镜，如果仍然按附
图14，去掉望远物镜筒(Ⅴ)，将焦距f′＝300mm的物镜安装在连接筒(Ⅵ)的左端内腔，去掉目镜(Ⅳ)，在K点换装一个焦距f＝60mm的凹透镜，同时去掉支柱、滑块和轨道，则构成一架5倍的伽利略望远镜，可手持使用。望远观看时，可调节手轮，使调节镜筒中的动筒左右移动，能选择最佳的清晰度。
图15是显微镜装配示意图，显微镜的装配选用标准组合单元中的聚光镜筒(Ⅰ)、显微聚光镜(Ⅶ)、调节镜筒(Ⅱ)、目镜(Ⅳ)、显微物镜(Ⅲ)、六个滑块(Ⅸ)、轨道(Ⅷ)以及光源电珠、支柱(44)、标本板(42)组合装配；聚光镜筒(Ⅰ)、光源电珠(39)、显微聚光镜(Ⅶ)分别通过支柱(5)、支柱(44)、支柱(24)插入对应滑块(Ⅸ)的套管中实现与定轨道的连接固定相互位置按事先给定的尺寸调整好，用螺钉锁定，标本板(42)、调节镜筒(Ⅱ)通过支柱(46)、支柱(38)、支柱(10)插入对应滑块(Ⅸ)的套管中，实现与动轨道的连接固定，在调节镜筒内同轴线套装显微物镜(Ⅲ)和目镜(Ⅳ)，动轨道绕螺钉(28)逆时针旋转一个角度，这个角度值在60°～80°，一架显微镜即组合装配完成。当显微物镜的放大倍数为10倍，其目镜的放大倍数为8倍时，可组合装配一台80倍的显微镜，分辨率为微米级，能看清生物的大细胞。
本实用新型配备附件可作如下实验，墨子“小孔成像”、欧几里德“光的反射定律”、托勒密－－－－斯涅耳“光的折射定律”；欧几里德计算出凹面镜能把阳光汇聚在半径的一半处，这一点叫作焦点；牛顿“色散实验”；托马斯·杨“双缝干涉实验”；菲涅耳“小孔衍射实验”；马吕偏振实验；勒纳德“光电效应实验”。由此不难看出本实用新型不仅可作为小学三年级到高中的学生的学习工具，尤其是它提供了一种供少年儿童与家长共享的科学娱乐玩具。
本实用新型比现有技术有如下优点1.改进后的光学教育组合玩具，不仅保留了现有技术的所有功能，而且可以组装成三台有实用价值的典型光学仪器；2.由于所有透镜全部安装在镜筒内，其光心同心度高且镜片平行，能取得更佳的实验观看效果；3.所设计的调节镜筒有足够的调节距离，因此，能调出最佳的清晰度；4.设计了多种标准单元，相互配合精度高，安装调试方便可靠；5.提高中学学生对光学的学习兴趣和动手能力。
权利要求1.一种光学教育组合玩具，由轨道、滑块、反射聚光镜、电珠、聚光镜筒、显微聚光镜、显微物镜和目镜组成，其特征在于幻灯机、显微镜、望远镜由下列标准组合单元和若干附件组装而成，组合单元之一是聚光镜筒(Ⅰ)，圆管形的外筒(1)下方沿轴向开有槽口，在其右端有圆环形卡圈(4)，该卡圈用来固定凸透镜(3)，在聚光镜筒左端装入反射聚光镜(2)，反射聚光镜下端装一圆柱形支柱(5)，该支柱的直径和安装位置正好与聚光镜筒下方的槽口宽度及位置匹配和相对应，组合单元之二是调节镜筒(Ⅱ)，带有圆环形台阶的圆管形定筒(6)左边直径大于右边直径并且轴心线相同，圆管形的动筒(7)从定筒右端装入，动筒的外径与定筒右端的内径相匹配，在动筒的下方装有齿条(8)，该齿条的长度与动筒的长度相同，带齿的手轮(9)与齿条(8)相啮合，手轮下方安装支柱(10)，动筒右端装卡圈(11)，用以安装定位透镜和固定环，在定筒左端下方安装支柱(38)，组合单元之三是显微物镜(Ⅲ)，圆管状的物镜筒(12)左端装物镜(13)。物镜筒外径上安装一物镜固定环(14)，组合单元之四是目镜(Ⅳ)，圆管形的目镜筒(17)左端装单面凸透镜(15)，右端安装单面凸透镜(18)，镜筒外径上安装目镜固定环(16)，组合单元之五是望远物镜筒(Ⅴ)，圆管形的望远物镜筒(20)左端有卡圈(19)，在卡圈处安装单面凸透镜(41)，下边装有支柱(21)，组合单元之六是呈圆管形的望远物镜连接筒(Ⅵ)，组合单元之七是显微聚光镜(Ⅶ)，聚光镜(22)通过两个销轴(25)与连接架(23)连接，在支架下部中心处装有支柱(24)，组合单元之八是轨道(Ⅷ)，轨道断面呈“梅花”形状，共有两部分组成，定轨道(26)与动轨道(27)通过螺栓(28)连接，动轨道与定轨道连接后是平直的，动轨道也可绕螺栓(28)回转，转到任一角度可通过螺栓(28)固定，轨道侧面刻出公制尺寸刻度，在轨道的中间位置通过螺钉(29)把轨道与支杆(30)连接起来，支杆插入底座上的套管(31)中，组合单元之九是滑块(Ⅸ)，滑块(35)断面内形呈“梅花”状，正好与轨道断面外形匹配，上面固定安装套管(34)，内径呈圆形，套管中间装一个锁紧螺钉(36)，滑块侧面装有锁紧螺钉(37)。
2.根据权利要求1所述的一种光学教育组合玩具，其特征在于幻灯机由聚光镜筒(Ⅰ)和调节镜筒(Ⅱ)同轴线套装，通过滑块(Ⅸ)与轨道(Ⅷ)连接固定，在反射聚光镜焦点处安装光源电珠(39)，在调节镜筒左端的槽口(43)处插入幻灯片，从而组合装配成幻灯机。
3.根据权利要求1所述的一种光学教育组合玩具，其特征在于望远镜由望远物镜筒(Ⅴ)、连接筒(Ⅵ)调节镜筒(Ⅱ)、目镜(Ⅳ)从左至右依次同轴线套装，支柱装入滑块上的套管通过滑块(Ⅸ)与轨道(Ⅷ)连接固定，组合装配成望远镜。
4.根据权利要求1所述的一种光学教育组合玩具，其特征在于显微镜由聚光镜筒(Ⅰ)、显微聚光镜(Ⅶ)、标本板(42)、显微物镜(Ⅲ)、目镜(Ⅳ)、调节镜筒(Ⅱ)，通过滑块(Ⅸ)、轨道(Ⅷ)连接固定，聚光镜筒(Ⅰ)安装在定轨道的左端，并在反射聚光镜(2)的焦点处安装光源电珠(39)，显微聚光镜(Ⅶ)安装在定轨道的右端，动轨道绕螺栓(28)逆时针转一个角度，在动轨道上安装标本板(42)和调节镜筒(Ⅱ)，调节镜筒内同轴线安装目镜(Ⅳ)和显微物镜(Ⅲ)，由此组合装配成显微镜。
5.根据权利要求1和权利要求4所述的一种光学教育组合玩具，其特征在于在组合装配显微镜时动轨道绕螺栓(28)逆时针旋转的角度为60°～80°。
6.根据权利要求1所述的一种光学教育组合玩具，其特征在于动轨道的长度为定轨道长度的1／2。
7.根据权利要求1所述的一种光学教育组合玩具，其特征在于轨道上刻出的公制尺寸最小单位为毫米。
8.根据权利要求1所述的一种光学教育组合玩具，其特征在于轨道通过螺钉(29)调节成水平状态，也可调节出轨道与水平线的任意一个角度。
专利摘要本实用新型涉及一种光学教育组合玩具，主要包括聚光镜筒、调节镜筒、显微物镜、目镜、望远物镜筒、连接筒、显微聚光镜、轨道、滑块和一些附件构成，其特征是设计了一套标准组合单元，光学透镜装在镜筒的内腔，镜筒之间套装，保证了同轴度，调节镜筒能调整出最佳的清晰度，它能组合装配出幻灯机、20倍望远镜和80倍的显微镜，具有实用价值，同时也能作其它光学实验，组合装配简单，调整方便，精度高，不但是学生学习光学工具也是一种科学玩具。
文档编号G09B23/00GK2154733SQ9323864
公开日1994年2月2日 申请日期1993年5月6日 优先权日1993年5月6日
发明者陈南宁 申请人:陈南宁