专利名称：组合魔幻光学万花筒的制作方法
技术领域：
本实用新型与万花筒有关。
为公众所熟知的传统万花筒，主要由筒体、反射镜组和置于反射镜组前端的成像材料所组成。传统万花筒的成像材料通常是一些彩色玻璃碎块或其它杂物等，它们可随万花筒的转动产生不同的排列组合，并经过反射镜组的反射形成五彩缤纷的图象。但是，由于传统万花筒所产生图象的景物仅来源于各种彩块等的排列组合，只能观看到静止的图象，且图象的模式单一和缺乏新意。
本发明力求摆脱传统模式，应用光学原理，取外界景物为成像材料，使万物均可作为万花筒成像的源泉，在万花筒中可以观看到自行设计和正立放大的景物，还可观看到汇聚和缩小的自然外景，使万花筒产生的图象更为有趣和更富于变化，以克服传统万花筒之不足。
本实用新型的结构详见附
图1。
组合魔幻光学万花筒主要用筒体(1)，反射镜组(2)，透明盘(3)，透镜(4)，彩盘(5)所组成。
其中，筒体(1)为普通空心圆柱形，在筒体后端面制有观看孔，在筒体前端制有可安装彩盘(5)的轴架，便于彩盘的转轴装入其中并可绕轴线转动。反射镜组(2)为多片矩形(或梯形)反射镜组成的棱柱体(或棱锥柱体)，其截面可以是V形、三角形或其它多边形，通常采用三角形截面形式。其材料应选用具有反射光能力的材料，最好用介质表面一次光反射的材料，例如抛光电镀板、镀膜玻璃等材料。透明盘(3)为无色透明板，可采用玻璃或塑料等材料制造。
置于反射镜组(2)前端的透镜(4)是一个双凸球面透镜，或是一组双凸球面薄透镜。在本发明中透镜(4)的主要作用是将自然外景缩小并汇聚于万花筒中成像；将彩盘(5)上的景物适当放大并汇聚在万花筒中成像。为满足这两方面的要求，合理选取和设计透镜至关重要。下面简要分析选择和设计透镜(4)的依据和原则根据光学原理，透镜(4)应选用光焦度为正，对其光束有汇聚作用的正透镜。常用的正透镜有球体透镜(附图2)、半球透镜(附图3)、双凸球面透镜(附图4)和双凸球面薄透镜组(附图5)等几种基本形式。下面着重分析这些透镜的特点一、透镜的焦距f′透镜的焦距公式f′＝ (nρ1ρ2)/((n-1)〔n(ρ2-ρ1)+(n-1)d〕) (1－1)式中n为材料折射率，若选取玻璃取n＝1.5；ρ1ρ2分别为透镜两表面的曲率半径；d为透镜轴向厚度；透镜的径向宽度统一取2r。
对于球体透镜ρ1＝－ρ2＝r，d＝2r其焦距f′＝1。5r对于半球透镜ρ1＝r，ρ2＝∞，d＝r其焦距f′＝2r对于双凸球面透镜ρ1＝－ρ2＝ρ
将上式代入公式(1－1)并求导可得出当d＝1.4r时，透镜焦距有极小值，且fmin′＝1.36r。
对于两个相同双凸球面薄透镜组成的透镜组；当两透镜接触时，其焦距f′＝ (f'1)/2 ＝ (f'2)/2 ，即透镜组的焦距f′为单透镜的 1/2 。
二、透镜的视场角根据光学原理可知，透镜的视场角与焦距f′成反比，即焦距f′越小，则视场角越大，汇聚外景的能力越强。
三、透镜的放大视场角本实用新型对透镜(4)的设计希望其具有一定的放大视场角，以使彩盘(5)上的景物在万花筒中呈正立和放大的像，经实验，上述四种透镜均可满足这一要求。
四、透镜的像距物体的成像距离短，利于减小万花筒的长度，也利于观看。透镜中像距l′、物距l和焦距f′有如下关系1/(l′) ＝ 1/(l) ＋ 1/(f′)当物体在无限远时，像距在焦平面上。焦距越小，则物体成像距离越小。
综上所述，对以上四种透镜有以下结论1、选用两只相同的双凸球面薄透镜组成的光学系统，比相同的单透镜，其焦距减小一半，成像距离最短，视场角最大。因此本实用新型可选用双凸球面薄透镜组作为透镜(4)，并且最好选用两个双凸球面薄透镜。
2、对单透镜(双凸球面)光学系统，当d＝1.4r时，焦距有最小值，像距最短，视场角最大。因此，本实用新型也可选用一只双凸球面透镜作为透镜(4)，其设计最佳值应为d＝1.4r。
3、球体透镜相对d＝1.4r的单透镜，焦距和像距都较长，视场角较小，且透光率差(d＝2r)，体积和重量较大，在万花筒中难以固定和安装，故不予采用。
4、半球透镜与前三种透镜相比，缺点甚多，也不可取。
本实用新型中彩盘(5)是制有转轴的薄形圆盘，盘的端面上制有设计的画面，可随彩盘一起绕其轴线转动，其画面可以是彩色图案和花纹等，为了更加有趣，最好选用富于情节的彩色图案，例如彩色故事连环画等。彩盘(5)可选用彩色玻璃、塑料、金属等材料制造。使用时，将彩盘上的轴插入筒体前端相应的轴架，转动彩盘，在万花筒中将会看到不断变化的设计景物和人物等。为了使彩盘上的景物在万花筒中成正立和放大的像，彩盘(5)与透镜(4)应保持一定的距离S，并且S应小于透镜或透镜组的焦距f。
组合魔幻光学万花筒，可使各种各样的外景在其中成像，溶外景物为一体。当转动彩盘时，彩盘上的各种景物便会依次进入视野，成正立放大的像，这些像经过反射镜的多次反射，形成非常有趣和富于故事情节的奇特图象，当观看自行设计和编排的盘上景物时，将会更加有趣；若把彩盘取下，在万花筒中则可观看到自由选取的各种外景所呈现的离奇图象，当把万花筒对着商店、街道或电影、电视画面时，经过万花筒的汇聚和反射成像，则可看到各种呈运动状态的奇妙图象，真是美不胜收。组合魔幻光学万花筒结构简单合理，它是丰富想象，增强好奇心和开发智力的科学玩具，是富于观赏价值的工艺品，也是美术工艺设计者的良师益友，它能给人们带来丰富的遐想和乐趣。
权利要求1.组合魔幻光学万花筒，其特征是用筒体(1)，反射镜组(2)，透明盘(3)，透镜(4)，彩盘(5)组成。
2.按照权利要求1所述的组合魔幻光学万花筒，其特征在于置于反射镜组(2)前端的透镜(4)是一个双凸球面透镜，或是一组双凸球面薄透镜。
3.按照权利要求1所述的组合魔幻光学万花筒，其特征在于彩盘(5)的端面上制有设计的画面，可随彩盘一起绕其轴线转动，而彩盘(5)与透镜(4)应保持一定的距离S。
4.按照权利要求2所述的组合魔幻光学万花筒，其特征在于当透镜(4)采用一个双凸球面透镜时，其设计最佳值应为d＝1.4r；当透镜(4)采用一组双凸球面薄透镜时，最好选用两个双凸球面薄透镜。
专利摘要一种组合魔幻光学万花筒，主要由筒体(1)，反射镜组(2)，透明盘(3)，双凸面透镜(4)，彩盘(5)组成。分别以特制彩盘上的设计画面和外界自然景物作其成像材料，通过最佳设计光学透镜的汇聚和反射镜组的多次反射，呈现出魔术变幻般的各种景观。组合魔幻光学万花筒是丰富想象、增强好奇心的科学玩具，是富于观赏价值的工艺品，也是美术设计者的良师益友，它能给人们带来遐想和乐趣。
文档编号G02B27/08GK2064892SQ9020472
公开日1990年10月31日 申请日期1990年4月10日 优先权日1990年4月10日
发明者余鹏, 吴筱敏 申请人:余鹏, 吴筱敏, 余文