可在明亮环境进行凸透镜成像实验的新型光源及实验装置制造方法及图纸

可在明亮环境进行凸透镜成像实验的新型光源及实验装置，所述新型光源包括LED贴片光源(1)、罩在LED贴片光源(1)前方的发光角度为20°～45°的圆锥形TIR透镜(2)、与LED贴片光源电连接的用于调节和稳定LED贴片光源频率输出的振荡器。本发明专利技术能提高成像图像清晰度、且结构简单、造价低、易于操作，可在非黑暗教学环境中进行光学实验演示，取得较好的教学效果。

【技术实现步骤摘要】
可在明亮环境进行凸透镜成像实验的新型光源及实验装置
本技术涉及中学物理教学中进行光学实验演示的装置
，具体涉及用于凸透镜成像规律光学实验演示的光源及其实验装置。
技术介绍
中学物理教学中的“探究凸透镜成像规律”实验，是物理几何光学部分的经典实验。长期以来，用于凸透镜成像实验的成像光源都是采用光具座上的传统光源，如白炽灯泡、发光的烛焰、组成F字型的多颗粒LED光源等，其光源亮度不高，呈现的图像清晰度不稳定，即图像锐度(锐利的高品质图像)偏低，不利于观察和判定。为得到较高的分辨率、适度的焦深，实现清晰的图像锐度，白炽灯泡、烛焰、颗粒LED光源等弱光照强度点光源要形成稳定的图像，通常只能在环境较黑暗且空气相对不流通的教室或者实验室里进行。学生在较长的实验时间里，凭感觉或者肉眼在显示成像的屏幕上搜寻、识别长亮光源作为发光物体的成像情况，观察到的成像品质通常不高，甚至看不清楚。特别是如果观察时间偏长，大多数人的眼睛尤其是初学者，无法精准判定成像是否清晰明亮，大多只能定性地判断成像情况，尤其不方便定量测定物距、像距、焦距、折射率等参数，影响实验中数据测定、规律验证等探究性学习，导致学生的感性认识不足，实验及教学效果不理想。此外，实验在黑暗且空气不流畅的教室或实验室里进行，教学环境不利于学生的健康。
技术实现思路
本技术的目的在于解决目前教学中存在的问题，提供一种亮度更高、能提高成像图像清晰度、且结构简单、造价低、易于操作的可在非黑暗教学环境中进行光学实验演示的新型光源。本技术采取的技术方案如下：可在明亮环境进行凸透镜成像实验的新型光源，包括LED贴片光源、罩在LED贴片光源前方的发光角度为20°～45°的圆锥形TIR透镜、与LED贴片光源电连接的用于调节和稳定LED贴片光源频率输出的振荡器；所述LED贴片光源为组成L或者T或者V型的贴片光源。所述振荡器为自激式多谐振荡器，采用NE555时基电路，NE555时基电路的输出端③脚连接小功率NPN型硅三极管8050或者达林顿C3807来驱动LED发光，在NE555时基电路上外接固定电阻R1、可调电阻R2和电容C，电路中将高电平触发端即⑥脚和低电平触发端即②脚并接后接到可调电阻R2与电容C的连接处，将放电端即⑦脚接到固定电阻R1与可调电阻R2的连接处。本技术所述振荡器还可为另一种形式的自激式多谐振荡器，采用二进制计数器CD4060组成振荡电路，该振荡电路由时基信号发生器、多级分频器和输出控制电路组成，其中，时基信号发生器是由CD4060组成的RC阻容或石英晶振振荡电路以及它的分频器组成，输出控制电路由晶体管放大器构成；石英晶振或者电解电容C、第四电阻R4、第五电阻R5分别连接CD4060的9、10、11脚，形成振荡；第一电阻R1、第三电阻R3分别连接1、3脚,从1、3脚得到12分频8Hz和14分频2Hz的输出分频信号；利用频差信号输出，由小功率NPN型硅晶体三极管S8050和两个S9014依次构成的放大器来控制LED闪烁发光，第二电阻R2连接一个S9014即Q2基极，用于当Q2基极电流增加，三极管从截止到放大到饱和的过程。本技术所述振荡器可采用时基振荡电路，采用二进制串行计数器/分频器CD4040和六反相器CD4069构成时基振荡电路，六反相器CD4069中的门A和门B构成振荡频率为32768Hz的晶体振荡器，使其输出信号经CD4069的门C整形后，送至CD4040的输入CP端口，CD4040的输出由二极管VD1、VD2、VD3置成分频系数为21+25+29＝546，经分频后在输出端Q9处输出得到一个60Hz的固定频率时钟信号，再经电流放大电路驱动LED发光。采用本技术所述新型光源的装置，包括底板、安装于底板背面的自激式多谐振荡器电子线路板、安装于底板正面的LED贴片光源、罩在LED贴片光源发光前方的圆锥形TIR透镜。本技术所述凸透镜成像实验装置设置于外壳，所述底板、自激式多谐振荡器电子线路板、LED贴片光源及圆锥形TIR透镜均设置于外壳内，外壳的正面开设有让圆锥形TIR透镜正面露出的安装孔。本技术采用高亮度的LED贴片光源，突出利用发光的规则形状晶片的光芯明亮点和整齐边界线，作为发光物体的辨识标志。构造L型或者T型或者V型等更易于观察成像(正立的虚像或者倒立的实像)的LED光源，形成易于比较和辨识判定物与对应所成像之间的大小、方向和虚实关系的高亮度发光体。同时，选择发光角度介于20°～45°之间的圆锥形TIR透镜，利用透镜将点状散射光转换成近似柱形光线，即便在正常的室内日间光线下，也能够呈现清晰的成像，以及成像的缩小、等大、放大情况、虚像或实像(正立或倒立的成像)，实现了清晰的聚焦，消除了成像的边缘羽化现象。还可避免因烛焰燃烧异味浓重给人带来的不适感。本技术采用专门设计的振荡器，可以先调节控制LED芯片光闪频率，使眼睛能从光屏上闪动变化的图像中，快速搜寻并判定是否得到了清晰的成像，并在得到清晰的成像后，再调节稳定LED芯片光闪频率，使光源发光体由闪动状态转换为光强亮度不变且稳定长亮的等待实验状态，呈现出画质锐利、色彩丰富的高品质成像。本技术的自激式多谐振荡器电子线路板方便调节和稳定频率输出，且电路部分结构紧凑，体积小巧，维修和设置简单。附图说明图1是本技术的光源结构示意图；图2是本技术采用NE555时基电路的光源电路结构图；图3是圆锥形TIR透镜将LED贴片光源的点状散射光转换成近似柱形光线的示意图；图4是采用本技术所述新型光源的凸透镜成像实验装置示意图；图5是采用本技术所述新型光源的凸透镜成像实验装置的成像实验流程图。图6是本技术采用CD4060数字集成电路组成振荡的光源电路结构图；图7是本技术采用二进制串行计数器/分频器CD4040和六反相器CD4069构成时基振荡的光源电路结构图；图8是本技术采用CD4011与非门组成的简易自激多谐振荡器的光源电路结构图；图9是本技术六反相器CD4069中双反相器和RC构成的多谐振荡器的光源电路结构图；图10是本技术采用带有真差动输入的四运算放大器LM324搭建成维思电桥振荡器的光源电路结构图；图11是本技术采用HS817光电耦合制作的爆闪电路的光源电路结构图。具体实施方式下面结合说明书附图和实施例进一步阐述本技术的内容。如图1、图2所示，为可在明亮环境进行凸透镜成像实验的新型光源，包括LED贴片光源1、罩在LED贴片光源1前方的发光角度为20°～45°的圆锥形TIR透镜2、连接LED贴片光源的用于调节和稳定LED贴片光源频率输出的振荡器。所述LED贴片光源1为构造成L型或者T型或者V型的更易于观察正立的虚像或者倒立的实像的LED贴片光源。LED贴片光源采用SMD光源，可以直接市购或者市购材料自己组装。圆锥形透镜采用TIR全内反射透镜，可以直接市购。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.可在明亮环境进行凸透镜成像实验的新型光源，其特征在于，包括LED贴片光源(1)、罩在LED贴片光源(1)前方的发光角度为20°～45°的圆锥形TIR透镜(2)、与LED贴片光源电连接的用于调节和稳定LED贴片光源频率输出的振荡器。/n

【技术特征摘要】
1.可在明亮环境进行凸透镜成像实验的新型光源，其特征在于，包括LED贴片光源(1)、罩在LED贴片光源(1)前方的发光角度为20°～45°的圆锥形TIR透镜(2)、与LED贴片光源电连接的用于调节和稳定LED贴片光源频率输出的振荡器。


2.根据权利要求1所述的可在明亮环境进行凸透镜成像实验的新型光源，其特征在于，所述LED贴片光源(1)为构造成L型或者T型或者V型的贴片光源。


3.根据权利要求1或2所述的可在明亮环境进行凸透镜成像实验的新型光源，其特征在于，所述振荡器为自激式多谐振荡器，采用NE555时基电路，NE555时基电路的输出端③脚连接小功率NPN型硅三极管8050或者达林顿C3807来驱动LED发光，在NE555时基电路上外接固定电阻R1、可调电阻R2和电容C，电路中将高电平触发端即⑥脚和低电平触发端即②脚并接后接到可调电阻R2与电容C的连接处，将放电端即⑦脚接到固定电阻R1与可调电阻R2的连接处。


4.根据权利要求1或2所述的可在明亮环境进行凸透镜成像实验的新型光源，其特征在于，所述振荡器为自激式多谐振荡器，采用二进制计数器CD4060组成振荡电路，该振荡电路由时基信号发生器、多级分频器和输出控制电路组成，其中，时基信号发生器是由CD4060组成的RC阻容或石英晶振振荡电路以及它的分频器组成，输出控制电路由晶体管放大器构成；石英晶振或者电解电容C、第四电阻R4、第五电阻R5分别连接CD4060的9、10、11脚，形成振荡；第一电阻R1、第三电阻R3分别连接1、3脚,...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦杰，
申请(专利权)人：韦杰，
类型：新型
国别省市：云南;53