幻燈機(jī)與投影儀

圖2-2-1? 幻燈機(jī)光路圖

2．幻燈機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)

幻燈機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)包括反光碗、光源、聚光鏡、放映鏡頭等，它們在幻燈機(jī)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(yīng)有足夠的亮度；滿足“點(diǎn)光源”條件，燈絲排列面積??；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(yīng)靈敏；壽命長。

幻燈機(jī)常用的光源主要有溴鎢燈（鹵素?zé)簦┖顽C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(yīng)靈敏等優(yōu)點(diǎn)，但需變壓器降壓和散熱裝置?；脽魴C(jī)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(dá)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(shí)，遠(yuǎn)大于溴鎢燈的使用壽命；色溫高達(dá)5 000 K以上，接近日光，彩色還原性好；但開關(guān)效應(yīng)差，拉弧光時(shí)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(xué)。

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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(jī)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(yīng)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(shí)光源發(fā)出的光線進(jìn)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(jìn)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(kuò)大包容角的途徑有兩個(gè)：一是擴(kuò)大聚光鏡的孔徑，二是縮短聚光鏡和光源的距離?；脽魴C(jī)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(diǎn)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(gè)幻燈片的放大的、清晰的、倒立的實(shí)像?；脽魴C(jī)要求放映鏡頭克服像差的能力強(qiáng)；應(yīng)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(jī)都使用由幾片敷膜透鏡組成的復(fù)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(shí)，鏡片呈藍(lán)紫色或金黃色，但透過鏡頭（從正面）觀察時(shí)，卻不帶顏色。

放映鏡頭上標(biāo)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(xí)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(shí)間通光量越大。

3．幻燈機(jī)的機(jī)身部分

它是用來支持各個(gè)光學(xué)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(dá)、電風(fēng)扇等。通常燈箱用鐵皮或硬塑料制成，箱壁有通風(fēng)散熱窗口。

（二）幾種常用的幻燈機(jī)

按換片方式分有簡易幻燈機(jī)和自動幻燈機(jī)；按成像原理分有直射式和反射式幻燈機(jī)；按幻燈片的形式來劃分有單片式幻燈機(jī)、卷片式幻燈機(jī)和顯微式幻燈機(jī)；單片式幻燈機(jī)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(jī)是單片直射式自動幻燈機(jī)（簡稱自動幻燈機(jī)），這里以其為典型機(jī)重點(diǎn)介紹，而其他幻燈機(jī)簡單介紹。

1．自動幻燈機(jī)

自動幻燈機(jī)外形如圖2-2-5所示，它除含一般幻燈機(jī)構(gòu)造外，還增加了自動換片、自動調(diào)焦的電氣部分和機(jī)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(jī)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(jià)格低，但使用中容易變形，導(dǎo)致輸片不靈而卡片；塑料框不易變形、堅(jiān)固耐用，但相對價(jià)格也較高。

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圖2-2-5? 自動幻燈機(jī)實(shí)體圖??????????????????? 圖2-2-6? 幻燈片的片框

（2）自動幻燈機(jī)的一般換片方法

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

②遙控?fù)Q片。它有無線電遙控、超聲波遙控或紅外線遙控等。使用時(shí)，先將機(jī)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(jī)執(zhí)行正向換片、反向換片、調(diào)焦或開關(guān)機(jī)等動作。

③聲畫同步換片，也叫訊控?fù)Q片。是指錄音機(jī)在播放幻燈片解說詞結(jié)束時(shí)，在應(yīng)換片處錄音機(jī)送給幻燈機(jī)一個(gè)換片訊號，控制幻燈機(jī)執(zhí)行一個(gè)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(shí)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(jī)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(yīng)大于5 s，即解說中斷5 s。同時(shí)，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(shí)，直接將錄音機(jī)的解說信號用傳輸線送給幻燈機(jī)，當(dāng)幻燈機(jī)遇到5 s的空白時(shí)，即換片一次。

凡需要加音頻換片訊號的幻燈機(jī)，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(jī)某一聲道輸入插孔內(nèi)（非解說詞聲道）就可以了。

④手控?fù)Q片，也叫電動換片。自動幻燈機(jī)機(jī)身上設(shè)有換片按鈕，按一次進(jìn)片鈕，前進(jìn)換片一次；按倒片鈕，倒退換片一次。有的幻燈機(jī)只設(shè)一個(gè)換片按鈕，用按壓開關(guān)持續(xù)時(shí)間長短來區(qū)分進(jìn)片或倒片。

⑤有線手控?fù)Q片。它是把控制按鈕這一部分放置在手控盒內(nèi)，有導(dǎo)線與幻燈機(jī)相連。

（3）自動幻燈機(jī)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(yīng)使成像清晰。自動幻燈機(jī)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(shí)現(xiàn)調(diào)焦。它是調(diào)焦的最基本方式。具體操作是：開機(jī)后給幻燈機(jī)輸進(jìn)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(jī)帶動鏡頭實(shí)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(jī)只有一個(gè)調(diào)焦按鈕，按下此鈕，鏡頭在一定范圍內(nèi)前后反復(fù)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(shí)，還需旋轉(zhuǎn)鏡頭實(shí)現(xiàn)調(diào)焦。

③自動調(diào)焦。具有此功能的幻燈機(jī)，機(jī)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(biāo)準(zhǔn)位置，即自動發(fā)出指令，使調(diào)焦電機(jī)工作，帶動鏡頭前進(jìn)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(yīng)在旋轉(zhuǎn)鏡頭調(diào)焦的基礎(chǔ)上使用。

2．反射式幻燈機(jī)

（1）反射式幻燈機(jī)的工作原理

反射式幻燈機(jī)也稱實(shí)物幻燈機(jī)，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(shí)物，于是實(shí)物被光照亮。實(shí)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(shí)物反射式幻燈機(jī)光能利用率低，要想使銀幕影像達(dá)到明室放映條件，光源亮度要比直射式幻燈機(jī)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(jī)的使用

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

②開機(jī)。接通電源后，先打開風(fēng)扇開關(guān)，再打開鏑燈開關(guān)。這時(shí)鏑燈并不亮，需再按下觸發(fā)按鈕，此時(shí)應(yīng)能聽到放電聲，這是拉弧光的表現(xiàn)。持續(xù)按觸發(fā)鈕，當(dāng)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(shí)（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(dá)到近似日光的白光，表示已進(jìn)入可放映狀態(tài)。將需放映的實(shí)物送到托板上進(jìn)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(fēng)扇開關(guān)。

③注意事項(xiàng)。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(zhǔn)按下觸發(fā)開關(guān)；鏑燈工作時(shí)有紫外線射出，要注意保護(hù)眼睛；觸發(fā)器觸發(fā)時(shí)有30 KV高壓，因此不得開機(jī)蓋觸發(fā)；被放映物要放在托板上，并緊貼幻燈機(jī)機(jī)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(xué)功能于一體的新型課堂教學(xué)設(shè)備。

（一）投影儀的構(gòu)造及工作原理

投影儀和幻燈機(jī)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(xué)系統(tǒng)、通風(fēng)設(shè)備及電路構(gòu)成。

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

1．投影儀的光學(xué)系統(tǒng)

投影儀的光學(xué)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(jī)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(jī)玻璃板疊合而成，作用相當(dāng)于一個(gè)大口徑凸透鏡。螺紋透鏡優(yōu)點(diǎn)是口徑大、重量輕、透光性好，缺點(diǎn)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(gè)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(kuò)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(shí)驗(yàn)或教具的演示。

（2）平面反射鏡

投影儀加裝了一個(gè)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(xué)生邊講解邊演示，非常方便。投影儀在開機(jī)前必須將平面反射鏡打開，保證開機(jī)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(jī)后它將光源射出的光線又反射回到光源，增加機(jī)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(fēng)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(shí)有大量熱量產(chǎn)生，如果任其積累，機(jī)內(nèi)溫度必然升高，將損壞螺紋透鏡和電器設(shè)備。因此機(jī)內(nèi)裝有鼠籠式風(fēng)扇，將機(jī)內(nèi)熱量及時(shí)排出機(jī)外，降低機(jī)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(shí)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(jī)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(fēng)扇和燈泡同時(shí)開或關(guān)。K2保險(xiǎn)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(dāng)片門掀起，片門開關(guān)斷，使工作開關(guān)失效，燈泡和風(fēng)扇不工作；片門落下時(shí)該開關(guān)通，工作開關(guān)恢復(fù)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(jī)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?yàn)橹埂?/P>

②調(diào)整光程，就是使銀幕上相對光軸的各對稱點(diǎn)的光程相等。如挪動幻燈機(jī)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(jī)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(yīng)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(shí)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(yīng)調(diào)節(jié)色調(diào)調(diào)整旋鈕，使之正常。

（2）強(qiáng)弱光開關(guān)的用法

如果室內(nèi)光線太強(qiáng)，沖淡了銀幕上的影像，投影儀可用強(qiáng)光，即把強(qiáng)弱光開關(guān)擲于強(qiáng)光位置。在強(qiáng)光位工作時(shí)，燈泡電壓比正常時(shí)高，將使燈泡壽命縮短，所以在可用可不用強(qiáng)光時(shí)盡量不使用強(qiáng)光。但關(guān)機(jī)時(shí)要先把強(qiáng)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(dá)到快捷更換燈泡的目的。

三、幻燈機(jī)、投影儀的維護(hù)

正確及時(shí)維護(hù)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(jī)投影儀來說，其維護(hù)項(xiàng)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(shí)要用吹氣球吹去，或用軟毛刷刷去，有其他污垢時(shí)用鏡頭紙擦掉。螺紋透鏡是有機(jī)玻璃制成的，極易劃傷，清潔時(shí)應(yīng)采用水洗的方法。

2．潤滑

凡是運(yùn)轉(zhuǎn)中機(jī)件間發(fā)生相對摩擦的部位都應(yīng)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(jī)器長期閑置時(shí)，每季度要通電開機(jī)半小時(shí)，以驅(qū)趕內(nèi)部潮氣，同時(shí)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(xiàng)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(diǎn)處。準(zhǔn)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(gè)燈絲像，說明燈泡位置正確。如果在像的旁邊還有一個(gè)光點(diǎn)，就是燈泡位置不正確的表現(xiàn)。糾正時(shí)要先關(guān)機(jī)，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(xué)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(xué)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(xué)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(xué)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(yīng)能自動收卷。

2．銀幕與座位的距離

銀幕的安裝位置應(yīng)保證距銀幕最近的同學(xué)與銀幕的距離大于銀幕寬度的1.3倍，距銀幕最遠(yuǎn)的同學(xué)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