圖2-2-1? 幻燈機光路圖

2．幻燈機的光學系統(tǒng)

幻燈機的光學系統(tǒng)包括反光碗、光源、聚光鏡、放映鏡頭等，它們在幻燈機中的作用和對它們的要求如下：

（1）光源

它的作用是發(fā)光并照射到幻燈片上。對光源的要求：滿足“白晝放映”條件，應有足夠的亮度；滿足“點光源”條件，燈絲排列面積小；光源表面附近溫度低，以免烤壞幻燈片；有較高的色溫，以利彩色還原；光源的開關(guān)效應靈敏；壽命長。

幻燈機常用的光源主要有溴鎢燈（鹵素燈）和鏑燈。溴鎢燈的結(jié)構(gòu)如圖2-2-2所示，它具有體積小、色溫高（3 200～3 400 K）、有效壽命長（約200 h）、開關(guān)效應靈敏等優(yōu)點，但需變壓器降壓和散熱裝置。幻燈機常用的溴鎢燈有12 V/100 W，12 V/150 W，24 V/150 W和24 V/250 W等規(guī)格。

鏑燈的結(jié)構(gòu)如圖2-2-3所示。鏑燈發(fā)光效率高，達到80 lm/W，而溴鎢燈僅為30 lm/W；使用壽命長，為一百至幾百小時，遠大于溴鎢燈的使用壽命；色溫高達5 000 K以上，接近日光，彩色還原性好；但開關(guān)效應差，拉弧光時間長，觸發(fā)電源笨重。所以，鏑燈投影設(shè)備不適用于課堂教學。

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圖2-2-2? 溴鎢燈的結(jié)構(gòu)????????????????????????? 圖2-2-3? 鏑燈的結(jié)構(gòu)

（2）反光碗

反光碗的作用是把光源向后射的光反射到聚光鏡，提高光源的光能利用率。反光碗是凹面鏡，有金屬拋光鍍鋁的，也有玻璃涂銀的。幻燈機要求反光碗的孔徑不大于聚光鏡孔徑，與光源的相對位置應保證燈的像與絲重合（即燈絲在該凹面鏡的球心上）。

（3）聚光鏡

聚光鏡的作用是使光源發(fā)出的光線更多地并均勻地照射在幻燈片上，而且通過幻燈片的光線聚集到放映鏡頭的調(diào)焦范圍內(nèi)，如圖2-2-4所示。其中立體角W2表示無聚光鏡時光源發(fā)出的光線進入幻燈片所形成的立體角（也稱為包容角），W1表示有聚光鏡光源發(fā)出的光線進入幻燈片所形成的立體角，顯然W1>W2。包容角愈大，被利用的光通量就愈多。擴大包容角的途徑有兩個：一是擴大聚光鏡的孔徑，二是縮短聚光鏡和光源的距離。幻燈機要求聚光鏡的孔徑比幻燈片的有效畫面稍大一些；光源在聚光鏡的焦點處。

圖2-2-4? 聚光鏡的作用

（4）放映鏡頭

放映鏡頭的作用是在銀幕上形成一個幻燈片的放大的、清晰的、倒立的實像。幻燈機要求放映鏡頭克服像差的能力強；應有合適的孔徑，使放映鏡頭在可移動的范圍內(nèi)，讓匯聚來的光線全部通過放映鏡頭。

目前幻燈機都使用由幾片敷膜透鏡組成的復合透鏡，以減少甚至消除像差。敷膜鏡頭判別的方法是：在反射方向（從側(cè)面）觀察敷膜鏡頭時，鏡片呈藍紫色或金黃色，但透過鏡頭（從正面）觀察時，卻不帶顏色。

放映鏡頭上標有焦距F和相對孔徑O，它們的關(guān)系為：

其中，D是放映鏡頭的有效直徑。一般把相對孔徑O習慣表示為1∶（F/D）的值，例如1∶1.2，1∶1.3等，表明“∶”后的數(shù)值越小，該鏡頭的單位時間通光量越大。

3．幻燈機的機身部分

它是用來支持各個光學部件、置放幻燈片及其他附件的承載體。它包括燈箱、片門、片架、鏡頭筒、底盤、馬達、電風扇等。通常燈箱用鐵皮或硬塑料制成，箱壁有通風散熱窗口。

（二）幾種常用的幻燈機

按換片方式分有簡易幻燈機和自動幻燈機；按成像原理分有直射式和反射式幻燈機；按幻燈片的形式來劃分有單片式幻燈機、卷片式幻燈機和顯微式幻燈機；單片式幻燈機按片盒形狀劃分有直盒推挽式和圓盤起落式等。目前常用的幻燈機是單片直射式自動幻燈機（簡稱自動幻燈機），這里以其為典型機重點介紹，而其他幻燈機簡單介紹。

1．自動幻燈機

自動幻燈機外形如圖2-2-5所示，它除含一般幻燈機構(gòu)造外，還增加了自動換片、自動調(diào)焦的電氣部分和機械傳動部分等內(nèi)容。這里只介紹與使用相關(guān)的知識。

（1）幻燈片

自動幻燈機的幻燈片的規(guī)格相同，如圖2-2-6所示，片框外尺寸為50 mm×50 mm，畫幅尺寸為18 mm×24 mm，與照相用的135膠卷的畫幅尺寸相同，所以這種規(guī)格的幻燈片統(tǒng)稱為135幻燈片。片框分紙框和塑料框兩種，紙框價格低，但使用中容易變形，導致輸片不靈而卡片；塑料框不易變形、堅固耐用，但相對價格也較高。

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圖2-2-5? 自動幻燈機實體圖??????????????????? 圖2-2-6? 幻燈片的片框

（2）自動幻燈機的一般換片方法

①自動定時換片。就是每隔一確定時間正向換片一次。間隔時間長短可人為調(diào)節(jié)并設(shè)定。

②遙控換片。它有無線電遙控、超聲波遙控或紅外線遙控等。使用時，先將機器功能選擇開關(guān)設(shè)定在遙控狀態(tài)，然后在不超過10 m的距離內(nèi)，用遙控器控制幻燈機執(zhí)行正向換片、反向換片、調(diào)焦或開關(guān)機等動作。

③聲畫同步換片，也叫訊控換片。是指錄音機在播放幻燈片解說詞結(jié)束時，在應換片處錄音機送給幻燈機一個換片訊號，控制幻燈機執(zhí)行一個正向換片動作，注意不能倒向換片。換片訊號一般采用兩種方式，一種是在要換片處錄上換片信號，如1 000 Hz的音頻信號。通常把換片信號與解說詞分別錄在不同聲道上。放音時將解說詞聲道通向喇叭，而換片信號聲道通過傳輸線送到幻燈機的控制信號輸入端，使喇叭中只有解說的聲音而沒有換片信號；另一種是在需換片處的磁帶上留下一段空白，一般應大于5 s，即解說中斷5 s。同時，要求每一片解說中間不得出現(xiàn)大于3 s的停頓。使用這種聲畫同步方式時，直接將錄音機的解說信號用傳輸線送給幻燈機，當幻燈機遇到5 s的空白時，即換片一次。

凡需要加音頻換片訊號的幻燈機，廠家都配有產(chǎn)生換片訊號的信號發(fā)生器，只要按下信號發(fā)生器的按鈕開關(guān)，就有換片訊號發(fā)出，將該信號用傳輸線送到錄音機某一聲道輸入插孔內(nèi)（非解說詞聲道）就可以了。

④手控換片，也叫電動換片。自動幻燈機機身上設(shè)有換片按鈕，按一次進片鈕，前進換片一次；按倒片鈕，倒退換片一次。有的幻燈機只設(shè)一個換片按鈕，用按壓開關(guān)持續(xù)時間長短來區(qū)分進片或倒片。

⑤有線手控換片。它是把控制按鈕這一部分放置在手控盒內(nèi)，有導線與幻燈機相連。

（3）自動幻燈機的調(diào)焦

調(diào)焦也叫對焦，是指調(diào)整放映鏡頭的前后位置，使成像清晰度發(fā)生變化的過程。調(diào)焦的目的應使成像清晰。自動幻燈機調(diào)焦方式有三種，即旋轉(zhuǎn)鏡頭調(diào)焦、手控盒調(diào)焦和自動調(diào)焦。

①旋轉(zhuǎn)鏡頭調(diào)焦。是用手旋轉(zhuǎn)鏡頭，靠鏡頭筒外緣的螺紋使鏡頭發(fā)生伸縮移動，從而實現(xiàn)調(diào)焦。它是調(diào)焦的最基本方式。具體操作是：開機后給幻燈機輸進一張幻燈片，然后旋轉(zhuǎn)鏡頭并觀察銀幕上影像清晰度的變化，直到銀幕上影像最清晰為止。

②有線手控調(diào)焦。是操作手控盒上的調(diào)焦按鈕，控制調(diào)焦電機帶動鏡頭實現(xiàn)伸縮移動。按前調(diào)按鈕，鏡頭外伸，按后調(diào)按鈕，鏡頭后縮。有的幻燈機只有一個調(diào)焦按鈕，按下此鈕，鏡頭在一定范圍內(nèi)前后反復移動，調(diào)焦范圍都不大。在使用手控盒調(diào)焦不能使影像最清晰時，還需旋轉(zhuǎn)鏡頭實現(xiàn)調(diào)焦。

③自動調(diào)焦。具有此功能的幻燈機，機內(nèi)設(shè)有能測出幻燈片在片門處位置變化的光電裝置，一旦測出幻燈片偏離標準位置，即自動發(fā)出指令，使調(diào)焦電機工作，帶動鏡頭前進或后退，從而保證銀幕上影像始終清晰。這一功能的調(diào)焦范圍一般很小，應在旋轉(zhuǎn)鏡頭調(diào)焦的基礎(chǔ)上使用。

2．反射式幻燈機

（1）反射式幻燈機的工作原理

反射式幻燈機也稱實物幻燈機，它的結(jié)構(gòu)如圖2-2-7所示。光源發(fā)出的光經(jīng)過隔熱玻璃照射到托板上，托板上放有不透明的扁平實物，于是實物被光照亮。實物發(fā)出的光線經(jīng)反射鏡反射和放映鏡頭的放大成像在豎直的銀幕上。

由于實物反射式幻燈機光能利用率低，要想使銀幕影像達到明室放映條件，光源亮度要比直射式幻燈機高得多，因此用發(fā)光效率高的鏑燈做光源。又由于鏑燈的玻璃外殼溫度很高，約800 ℃，所以必須在光源前方裝入隔熱玻璃，以使托板處溫度不至于太高。

（2）反射式幻燈機的使用

①開機前的檢查。由于鏑燈功率大，線路應具有10 A以上的通電能力，線路容量小會燒壞進線保險或發(fā)生線路事故。因此，接通電源前應檢查電源線路的容量。

②開機。接通電源后，先打開風扇開關(guān)，再打開鏑燈開關(guān)。這時鏑燈并不亮，需再按下觸發(fā)按鈕，此時應能聽到放電聲，這是拉弧光的表現(xiàn)。持續(xù)按觸發(fā)鈕，當看到燈管中心部位呈現(xiàn)暗黃色斑，鏡頭上出現(xiàn)較穩(wěn)定的光時（盡管很弱），立即松開觸發(fā)按鈕。燈管將會逐漸變亮，3～4 min后光色可達到近似日光的白光，表示已進入可放映狀態(tài)。將需放映的實物送到托板上進行放映，通過調(diào)焦使銀幕圖像清晰。放映結(jié)束后，先關(guān)掉光源（鏑燈）開關(guān)，然后再關(guān)掉風扇開關(guān)。

③注意事項。連續(xù)觸發(fā)幾次不能起輝，就停3～5 min后再觸發(fā)；未裝上鏑燈前不準按下觸發(fā)開關(guān)；鏑燈工作時有紫外線射出，要注意保護眼睛；觸發(fā)器觸發(fā)時有30 KV高壓，因此不得開機蓋觸發(fā)；被放映物要放在托板上，并緊貼幻燈機機箱底部的透明玻璃面。

二、投影儀

投影儀是集黑板、幻燈、示圖等教學功能于一體的新型課堂教學設(shè)備。

（一）投影儀的構(gòu)造及工作原理

投影儀和幻燈機一樣，也是利用凸透鏡成像原理，將透明的物體投射到銀幕上，形成放大的圖像，結(jié)構(gòu)如圖2-2-8所示。投影儀主要由光學系統(tǒng)、通風設(shè)備及電路構(gòu)成。

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圖2-2-7? 反射式幻燈機結(jié)構(gòu)圖??????????????????? 圖2-2-8? 投影儀的結(jié)構(gòu)

1．投影儀的光學系統(tǒng)

投影儀的光學系統(tǒng)主要有光源、輔助聚光鏡、螺紋透鏡、放映鏡頭、反射鏡和反光碗，其中光源、放映鏡頭和反光碗的要求及作用與幻燈機相似，這里不再討論。

（1）投影儀的聚光系統(tǒng)

投影儀的聚光鏡多數(shù)是螺紋透鏡，也叫菲涅爾透鏡，它是由兩片刻有同心圓螺紋的薄平有機玻璃板疊合而成，作用相當于一個大口徑凸透鏡。螺紋透鏡優(yōu)點是口徑大、重量輕、透光性好，缺點主要是溫度升高到70 ℃以上會引起變形。

為了降低螺紋透鏡的表面溫度，在光源與聚光鏡之間安置一個新月鏡，也叫輔助聚光鏡。它既能遮擋光源熱能對螺紋透鏡的輻射，又能擴大螺紋透鏡的包容角。在螺紋透鏡上面有載物玻璃，不僅可以放映投影片，還可以書寫，也可以作某些實驗或教具的演示。

（2）平面反射鏡

投影儀加裝了一個可調(diào)節(jié)角度的平面反射鏡，將來自聚光鏡的垂直光軸線轉(zhuǎn)變成水平光軸線。因此幻燈片由豎直倒放變成水平正放，并在銀幕上得到放大的正像，使教師可以面對學生邊講解邊演示，非常方便。投影儀在開機前必須將平面反射鏡打開，保證開機后將光源射出的光線引向銀幕，使光斑出現(xiàn)在銀幕上；若平面反射鏡不打開，開機后它將光源射出的光線又反射回到光源，增加機內(nèi)和光源表面溫度，影響投影儀的壽命。

2．投影儀的其他部件及電路

投影儀中還有一些重要的電器設(shè)備和通風設(shè)備，如圖2-2-8所示。其中變壓器將220 V市電轉(zhuǎn)變成24 V交流電壓，供放映燈泡使用。放映燈泡多為24 V/300 W溴鎢燈，工作時有大量熱量產(chǎn)生，如果任其積累，機內(nèi)溫度必然升高，將損壞螺紋透鏡和電器設(shè)備。因此機內(nèi)裝有鼠籠式風扇，將機內(nèi)熱量及時排出機外，降低機內(nèi)溫度。旋轉(zhuǎn)調(diào)焦紐將帶動放映鏡頭及平面反射鏡沿豎直方向上下移動，改變放映鏡頭與物（投影片）之間的距離，實現(xiàn)調(diào)焦過程。另外，平面反射鏡的仰角可調(diào)，改變仰角，可調(diào)整銀幕上影像的高度。反射鏡還可以在水平面內(nèi)做360度旋轉(zhuǎn)，從而在不移動機身的情況下，可使影像投影在放映室任何一面墻壁上。

投影儀的電路如圖2-2-9所示，其中K1電源開關(guān)是聯(lián)動的，保證風扇和燈泡同時開或關(guān)。K2保險開關(guān)也叫片門開關(guān)，位置在聚光鏡載物板（投影儀片門）下方。當片門掀起，片門開關(guān)斷，使工作開關(guān)失效，燈泡和風扇不工作；片門落下時該開關(guān)通，工作開關(guān)恢復作用。

圖2-2-9? 投影儀的電原理圖

目前，還有一種高亮度投影儀，其結(jié)構(gòu)與普通投影儀大體相同，只是光源不用溴鎢燈而改用光效是溴鎢燈2～3倍的鏑燈，使用方法可參考反射式幻燈機中的有關(guān)部分。

（二）投影儀的使用

1．投影設(shè)備的一般調(diào)整

①調(diào)整光斑，就是使光斑均勻地投射到銀幕上。如果不均勻，可調(diào)整燈泡與反光碗或聚光鏡的位置，動作要慢一些，直到調(diào)勻為止。

②調(diào)整光程，就是使銀幕上相對光軸的各對稱點的光程相等。如挪動幻燈機的位置、角度以及銀幕張掛的位置和傾角等，使銀幕與入射光軸線垂直，畫面就不產(chǎn)生梯形畸變。

③調(diào)整距離，就是調(diào)整幻燈機與銀幕的距離而改變影像的大小。一般來說，影像的寬或高應為教室長度的1/5。

④調(diào)整焦距，就是調(diào)整鏡頭與被放映物的距離，使畫面呈現(xiàn)最佳的清晰狀態(tài)。

2．投影儀特殊操作部件的用法

（1）色調(diào)調(diào)整旋鈕的用法

在調(diào)焦過程中，如果發(fā)現(xiàn)畫面中心部位和邊緣部分不能同時調(diào)整清晰，或影像線條出現(xiàn)彩色鑲邊（注意不是指投影光斑邊緣部分出現(xiàn)的彩邊），應調(diào)節(jié)色調(diào)調(diào)整旋鈕，使之正常。

（2）強弱光開關(guān)的用法

如果室內(nèi)光線太強，沖淡了銀幕上的影像，投影儀可用強光，即把強弱光開關(guān)擲于強光位置。在強光位工作時，燈泡電壓比正常時高，將使燈泡壽命縮短，所以在可用可不用強光時盡量不使用強光。但關(guān)機時要先把強弱光開關(guān)置于弱光位置。

（3）換燈開關(guān)的用法

如果投影儀在放映過程中燈泡正常損壞，可以將換燈開關(guān)置于另一位置，電路接通備用燈泡，達到快捷更換燈泡的目的。

三、幻燈機、投影儀的維護

正確及時維護設(shè)備，是充分發(fā)揮設(shè)備效益，延長設(shè)備壽命的重要保證。對于幻燈機投影儀來說，其維護項目主要是清潔、潤滑、防潮和更換損壞部件等。

1．清潔

鏡頭有灰塵時要用吹氣球吹去，或用軟毛刷刷去，有其他污垢時用鏡頭紙擦掉。螺紋透鏡是有機玻璃制成的，極易劃傷，清潔時應采用水洗的方法。

2．潤滑

凡是運轉(zhuǎn)中機件間發(fā)生相對摩擦的部位都應定期加油，但橡膠件和塑料件上不必加油。

3．防潮和定期通電

機器長期閑置時，每季度要通電開機半小時，以驅(qū)趕內(nèi)部潮氣，同時電路中的電容器經(jīng)過充電，也會延長壽命。

4．更換燈泡

更換放映燈泡是維修工作中較頻繁的項目。換上新放映燈泡后，若出現(xiàn)銀幕上光不均勻、缺角、清晰度差等現(xiàn)象，說明新?lián)Q燈泡燈絲不在光軸上或不在聚光鏡焦點處。準確判斷方法：打開投影儀電源開關(guān)，載物臺上不放投影片，直接調(diào)焦，使螺紋透鏡的螺紋在銀幕上看清晰，然后將有直徑3 mm小孔的紙張鋪在載物臺上，邊調(diào)整紙的位置，邊看銀幕上的影像，使小孔恰好處于螺紋透鏡的圓心，把該紙位置固定，再取下放映鏡頭，在鏡頭位置用白紙做幕，若只有一個燈絲像，說明燈泡位置正確。如果在像的旁邊還有一個光點，就是燈泡位置不正確的表現(xiàn)。糾正時要先關(guān)機，等燈泡冷卻后再操作，以防燙傷。

四、銀幕的類型和安裝

（一）銀幕的種類及選擇

教學上使用的銀幕，一般可按以下幾種形式來分類：

①按外形分，有卷筒式、軟片式和框架式；

②按投影方式分，有反射式和透射式兩類；

③按制作銀幕的光學材料分，有木板幕、白布幕、玻璃微珠幕、金屬幕和布基白塑幕等；

④按幕面的光學特性分，有全漫反射幕、方向性漫反射幕；

⑤銀幕的選擇主要考慮：銀幕的規(guī)格、使用場地、銀幕的光學性能等因素。

（二）銀幕的安裝

1．銀幕架設(shè)的位置

銀幕一般都掛在黑板的一側(cè)。若必須掛在黑板的中間，銀幕應能自動收卷。

2．銀幕與座位的距離

銀幕的安裝位置應保證距銀幕最近的同學與銀幕的距離大于銀幕寬度的1.3倍，距銀幕最遠的同學與銀幕的距離小于屏幕寬度的8倍，以5～6倍為宜。

3．銀幕的高度和方向