第二节 幻灯机与投影仪

幻灯机与投影仪
幻灯机与投影仪能够把教学材料映射到银幕上，增大教学材料的可见度，弥补传统视觉媒体的不足，被广泛应用于课堂教学中。因此，我们应当知道幻灯机、投影仪的基本结构和使用方法，以便在教学中更好地利用它。
（一）幻灯机的工作原理与结构
幻灯机的种类较多，形状各异，但它们的光学系统结构基本相同。
1．幻灯机的成像过程
幻灯机的镜头相当于一块凸透镜，当幻灯片处在镜头的一倍焦距和两倍焦距之间时，光源照亮幻灯片通过镜头在银幕上形成一个放大的、倒立的实像。具有这种光路特征的幻灯机称为直射式幻灯机，它的成像过程如图2-2-1所示。
图2-2-1  幻灯机光路图
2．幻灯机的光学系统
幻灯机的光学系统包括反光碗、光源、聚光镜、放映镜头等，它们在幻灯机中的作用和对它们的要求如下：
（1）光源
它的作用是发光并照射到幻灯片上。对光源的要求：满足“白昼放映”条件，应有足够的亮度；满足“点光源”条件，灯丝排列面积小；光源表面附近温度低，以免烤坏幻灯片；有较高的色温，以利彩色还原；光源的开关效应灵敏；寿命长。
幻灯机常用的光源主要有溴钨灯（卤素灯）和镝灯。溴钨灯的结构如图2-2-2所示，它具有体积小、色温高（3 200～3 400 K）、有效寿命长（约200 h）、开关效应灵敏等优点，但需变压器降压和散热装置。幻灯机常用的溴钨灯有12 V/100 W，12 V/150 W，24 V/150 W和24 V/250 W等规格。
镝灯的结构如图2-2-3所示。镝灯发光效率高，达到80 lm/W，而溴钨灯仅为30 lm/W；使用寿命长，为一百至几百小时，远大于溴钨灯的使用寿命；色温高达5 000 K以上，接近日光，彩色还原性好；但开关效应差，拉弧光时间长，触发电源笨重。所以，镝灯投影设备不适用于课堂教学。
图2-2-2  溴钨灯的结构                          图2-2-3  镝灯的结构
（2）反光碗
反光碗的作用是把光源向后射的光反射到聚光镜，提高光源的光能利用率。反光碗是凹面镜，有金属抛光镀铝的，也有玻璃涂银的。幻灯机要求反光碗的孔径不大于聚光镜孔径，与光源的相对位置应保证灯的像与丝重合（即灯丝在该凹面镜的球心上）。
（3）聚光镜
聚光镜的作用是使光源发出的光线更多地并均匀地照射在幻灯片上，而且通过幻灯片的光线聚集到放映镜头的调焦范围内，如图2-2-4所示。其中立体角W2表示无聚光镜时光源发出的光线进入幻灯片所形成的立体角（也称为包容角），W1表示有聚光镜光源发出的光线进入幻灯片所形成的立体角，显然W1>W2。包容角愈大，被利用的光通量就愈多。扩大包容角的途径有两个：一是扩大聚光镜的孔径，二是缩短聚光镜和光源的距离。幻灯机要求聚光镜的孔径比幻灯片的有效画面稍大一些；光源在聚光镜的焦点处。
图2-2-4  聚光镜的作用
（4）放映镜头
放映镜头的作用是在银幕上形成一个幻灯片的放大的、清晰的、倒立的实像。幻灯机要求放映镜头克服像差的能力强；应有合适的孔径，使放映镜头在可移动的范围内，让汇聚来的光线全部通过放映镜头。
目前幻灯机都使用由几片敷膜透镜组成的复合透镜，以减少甚至消除像差。敷膜镜头判别的方法是：在反射方向（从侧面）观察敷膜镜头时，镜片呈蓝紫色或金黄色，但透过镜头（从正面）观察时，却不带颜色。
放映镜头上标有焦距F和相对孔径O，它们的关系为：
其中，D是放映镜头的有效直径。一般把相对孔径O习惯表示为1∶（F/D）的值，例如1∶1.2，1∶1.3等，表明“∶”后的数值越小，该镜头的单位时间通光量越大。
3．幻灯机的机身部分
它是用来支持各个光学部件、置放幻灯片及其他附件的承载体。它包括灯箱、片门、片架、镜头筒、底盘、马达、电风扇等。通常灯箱用铁皮或硬塑料制成，箱壁有通风散热窗口。
（二）几种常用的幻灯机
按换片方式分有简易幻灯机和自动幻灯机；按成像原理分有直射式和反射式幻灯机；按幻灯片的形式来划分有单片式幻灯机、卷片式幻灯机和显微式幻灯机；单片式幻灯机按片盒形状划分有直盒推挽式和圆盘起落式等。目前常用的幻灯机是单片直射式自动幻灯机（简称自动幻灯机），这里以其为典型机重点介绍，而其他幻灯机简单介绍。
1．自动幻灯机
自动幻灯机外形如图2-2-5所示，它除含一般幻灯机构造外，还增加了自动换片、自动调焦的电气部分和机械传动部分等内容。这里只介绍与使用相关的知识。
（1）幻灯片
自动幻灯机的幻灯片的规格相同，如图2-2-6所示，片框外尺寸为50 mm×50 mm，画幅尺寸为18 mm×24 mm，与照相用的135胶卷的画幅尺寸相同，所以这种规格的幻灯片统称为135幻灯片。片框分纸框和塑料框两种，纸框价格低，但使用中容易变形，导致输片不灵而卡片；塑料框不易变形、坚固耐用，但相对价格也较高。
图2-2-5  自动幻灯机实体图                    图2-2-6  幻灯片的片框
（2）自动幻灯机的一般换片方法
①自动定时换片。就是每隔一确定时间正向换片一次。间隔时间长短可人为调节并设定。
②遥控换片。它有无线电遥控、超声波遥控或红外线遥控等。使用时，先将机器功能选择开关设定在遥控状态，然后在不超过10 m的距离内，用遥控器控制幻灯机执行正向换片、反向换片、调焦或开关机等动作。
③声画同步换片，也叫讯控换片。是指录音机在播放幻灯片解说词结束时，在应换片处录音机送给幻灯机一个换片讯号，控制幻灯机执行一个正向换片动作，注意不能倒向换片。换片讯号一般采用两种方式，一种是在要换片处录上换片信号，如1 000 Hz的音频信号。通常把换片信号与解说词分别录在不同声道上。放音时将解说词声道通向喇叭，而换片信号声道通过传输线送到幻灯机的控制信号输入端，使喇叭中只有解说的声音而没有换片信号；另一种是在需换片处的磁带上留下一段空白，一般应大于5 s，即解说中断5 s。同时，要求每一片解说中间不得出现大于3 s的停顿。使用这种声画同步方式时，直接将录音机的解说信号用传输线送给幻灯机，当幻灯机遇到5 s的空白时，即换片一次。
凡需要加音频换片讯号的幻灯机，厂家都配有产生换片讯号的信号发生器，只要按下信号发生器的按钮开关，就有换片讯号发出，将该信号用传输线送到录音机某一声道输入插孔内（非解说词声道）就可以了。
④手控换片，也叫电动换片。自动幻灯机机身上设有换片按钮，按一次进片钮，前进换片一次；按倒片钮，倒退换片一次。有的幻灯机只设一个换片按钮，用按压开关持续时间长短来区分进片或倒片。
⑤有线手控换片。它是把控制按钮这一部分放置在手控盒内，有导线与幻灯机相连。
（3）自动幻灯机的调焦
调焦也叫对焦，是指调整放映镜头的前后位置，使成像清晰度发生变化的过程。调焦的目的应使成像清晰。自动幻灯机调焦方式有三种，即旋转镜头调焦、手控盒调焦和自动调焦。
①旋转镜头调焦。是用手旋转镜头，靠镜头筒外缘的螺纹使镜头发生伸缩移动，从而实现调焦。它是调焦的最基本方式。具体操作是：开机后给幻灯机输进一张幻灯片，然后旋转镜头并观察银幕上影像清晰度的变化，直到银幕上影像最清晰为止。
②有线手控调焦。是操作手控盒上的调焦按钮，控制调焦电机带动镜头实现伸缩移动。按前调按钮，镜头外伸，按后调按钮，镜头后缩。有的幻灯机只有一个调焦按钮，按下此钮，镜头在一定范围内前后反复移动，调焦范围都不大。在使用手控盒调焦不能使影像最清晰时，还需旋转镜头实现调焦。
③自动调焦。具有此功能的幻灯机，机内设有能测出幻灯片在片门处位置变化的光电装置，一旦测出幻灯片偏离标准位置，即自动发出指令，使调焦电机工作，带动镜头前进或后退，从而保证银幕上影像始终清晰。这一功能的调焦范围一般很小，应在旋转镜头调焦的基础上使用。
2．反射式幻灯机
（1）反射式幻灯机的工作原理
反射式幻灯机也称实物幻灯机，它的结构如图2-2-7所示。光源发出的光经过隔热玻璃照射到托板上，托板上放有不透明的扁平实物，于是实物被光照亮。实物发出的光线经反射镜反射和放映镜头的放大成像在竖直的银幕上。
由于实物反射式幻灯机光能利用率低，要想使银幕影像达到明室放映条件，光源亮度要比直射式幻灯机高得多，因此用发光效率高的镝灯做光源。又由于镝灯的玻璃外壳温度很高，约800 ℃，所以必须在光源前方装入隔热玻璃，以使托板处温度不至于太高。
（2）反射式幻灯机的使用
①开机前的检查。由于镝灯功率大，线路应具有10 A以上的通电能力，线路容量小会烧坏进线保险或发生线路事故。因此，接通电源前应检查电源线路的容量。
②开机。接通电源后，先打开风扇开关，再打开镝灯开关。这时镝灯并不亮，需再按下触发按钮，此时应能听到放电声，这是拉弧光的表现。持续按触发钮，当看到灯管中心部位呈现暗黄色斑，镜头上出现较稳定的光时（尽管很弱），立即松开触发按钮。灯管将会逐渐变亮，3～4 min后光色可达到近似日光的白光，表示已进入可放映状态。将需放映的实物送到托板上进行放映，通过调焦使银幕图像清晰。放映结束后，先关掉光源（镝灯）开关，然后再关掉风扇开关。
③注意事项。连续触发几次不能起辉，就停3～5 min后再触发；未装上镝灯前不准按下触发开关；镝灯工作时有紫外线射出，要注意保护眼睛；触发器触发时有30 KV高压，因此不得开机盖触发；被放映物要放在托板上，并紧贴幻灯机机箱底部的透明玻璃面。
投影仪是集黑板、幻灯、示图等教学功能于一体的新型课堂教学设备。
（一）投影仪的构造及工作原理
投影仪和幻灯机一样，也是利用凸透镜成像原理，将透明的物体投射到银幕上，形成放大的图像，结构如图2-2-8所示。投影仪主要由光学系统、通风设备及电路构成。
图2-2-7  反射式幻灯机结构图                    图2-2-8  投影仪的结构
1．投影仪的光学系统
投影仪的光学系统主要有光源、辅助聚光镜、螺纹透镜、放映镜头、反射镜和反光碗，其中光源、放映镜头和反光碗的要求及作用与幻灯机相似，这里不再讨论。
（1）投影仪的聚光系统
投影仪的聚光镜多数是螺纹透镜，也叫菲涅尔透镜，它是由两片刻有同心圆螺纹的薄平有机玻璃板叠合而成，作用相当于一个大口径凸透镜。螺纹透镜优点是口径大、重量轻、透光性好，缺点主要是温度升高到70 ℃以上会引起变形。
为了降低螺纹透镜的表面温度，在光源与聚光镜之间安置一个新月镜，也叫辅助聚光镜。它既能遮挡光源热能对螺纹透镜的辐射，又能扩大螺纹透镜的包容角。在螺纹透镜上面有载物玻璃，不仅可以放映投影片，还可以书写，也可以作某些实验或教具的演示。
（2）平面反射镜
投影仪加装了一个可调节角度的平面反射镜，将来自聚光镜的垂直光轴线转变成水平光轴线。因此幻灯片由竖直倒放变成水平正放，并在银幕上得到放大的正像，使教师可以面对学生边讲解边演示，非常方便。投影仪在开机前必须将平面反射镜打开，保证开机后将光源射出的光线引向银幕，使光斑出现在银幕上；若平面反射镜不打开，开机后它将光源射出的光线又反射回到光源，增加机内和光源表面温度，影响投影仪的寿命。
2．投影仪的其他部件及电路
投影仪中还有一些重要的电器设备和通风设备，如图2-2-8所示。其中变压器将220 V市电转变成24 V交流电压，供放映灯泡使用。放映灯泡多为24 V/300 W溴钨灯，工作时有大量热量产生，如果任其积累，机内温度必然升高，将损坏螺纹透镜和电器设备。因此机内装有鼠笼式风扇，将机内热量及时排出机外，降低机内温度。旋转调焦纽将带动放映镜头及平面反射镜沿竖直方向上下移动，改变放映镜头与物（投影片）之间的距离，实现调焦过程。另外，平面反射镜的仰角可调，改变仰角，可调整银幕上影像的高度。反射镜还可以在水平面内做360度旋转，从而在不移动机身的情况下，可使影像投影在放映室任何一面墙壁上。
投影仪的电路如图2-2-9所示，其中K1电源开关是联动的，保证风扇和灯泡同时开或关。K2保险开关也叫片门开关，位置在聚光镜载物板（投影仪片门）下方。当片门掀起，片门开关断，使工作开关失效，灯泡和风扇不工作；片门落下时该开关通，工作开关恢复作用。
图2-2-9  投影仪的电原理图
目前，还有一种高亮度投影仪，其结构与普通投影仪大体相同，只是光源不用溴钨灯而改用光效是溴钨灯2～3倍的镝灯，使用方法可参考反射式幻灯机中的有关部分。
（二）投影仪的使用
1．投影设备的一般调整
①调整光斑，就是使光斑均匀地投射到银幕上。如果不均匀，可调整灯泡与反光碗或聚光镜的位置，动作要慢一些，直到调匀为止。
②调整光程，就是使银幕上相对光轴的各对称点的光程相等。如挪动幻灯机的位置、角度以及银幕张挂的位置和倾角等，使银幕与入射光轴线垂直，画面就不产生梯形畸变。
③调整距离，就是调整幻灯机与银幕的距离而改变影像的大小。一般来说，影像的宽或高应为教室长度的1/5。
④调整焦距，就是调整镜头与被放映物的距离，使画面呈现最佳的清晰状态。
2．投影仪特殊操作部件的用法
（1）色调调整旋钮的用法
在调焦过程中，如果发现画面中心部位和边缘部分不能同时调整清晰，或影像线条出现彩色镶边（注意不是指投影光斑边缘部分出现的彩边），应调节色调调整旋钮，使之正常。
（2）强弱光开关的用法
如果室内光线太强，冲淡了银幕上的影像，投影仪可用强光，即把强弱光开关掷于强光位置。在强光位工作时，灯泡电压比正常时高，将使灯泡寿命缩短，所以在可用可不用强光时尽量不使用强光。但关机时要先把强弱光开关置于弱光位置。
（3）换灯开关的用法
如果投影仪在放映过程中灯泡正常损坏，可以将换灯开关置于另一位置，电路接通备用灯泡，达到快捷更换灯泡的目的。
正确及时维护设备，是充分发挥设备效益，延长设备寿命的重要保证。对于幻灯机投影仪来说，其维护项目主要是清洁、润滑、防潮和更换损坏部件等。
1．清洁
镜头有灰尘时要用吹气球吹去，或用软毛刷刷去，有其他污垢时用镜头纸擦掉。螺纹透镜是有机玻璃制成的，极易划伤，清洁时应采用水洗的方法。
2．润滑
凡是运转中机件间发生相对摩擦的部位都应定期加油，但橡胶件和塑料件上不必加油。
3．防潮和定期通电
机器长期闲置时，每季度要通电开机半小时，以驱赶内部潮气，同时电路中的电容器经过充电，也会延长寿命。
4．更换灯泡
更换放映灯泡是维修工作中较频繁的项目。换上新放映灯泡后，若出现银幕上光不均匀、缺角、清晰度差等现象，说明新换灯泡灯丝不在光轴上或不在聚光镜焦点处。准确判断方法：打开投影仪电源开关，载物台上不放投影片，直接调焦，使螺纹透镜的螺纹在银幕上看清晰，然后将有直径3 mm小孔的纸张铺在载物台上，边调整纸的位置，边看银幕上的影像，使小孔恰好处于螺纹透镜的圆心，把该纸位置固定，再取下放映镜头，在镜头位置用白纸做幕，若只有一个灯丝像，说明灯泡位置正确。如果在像的旁边还有一个光点，就是灯泡位置不正确的表现。纠正时要先关机，等灯泡冷却后再操作，以防烫伤。
安装
（一）银幕的种类及选择
教学上使用的银幕，一般可按以下几种形式来分类：
①按外形分，有卷筒式、软片式和框架式；
②按投影方式分，有反射式和透射式两类；
③按制作银幕的光学材料分，有木板幕、白布幕、玻璃微珠幕、金属幕和布基白塑幕等；
④按幕面的光学特性分，有全漫反射幕、方向性漫反射幕；
⑤银幕的选择主要考虑：银幕的规格、使用场地、银幕的光学性能等因素。
（二）银幕的安装
1．银幕架设的位置
银幕一般都挂在黑板的一侧。若必须挂在黑板的中间，银幕应能自动收卷。
2．银幕与座位的距离
银幕的安装位置应保证距银幕最近的同学与银幕的距离大于银幕宽度的1.3倍，距银幕最远的同学与银幕的距离小于屏幕宽度的8倍，以5～6倍为宜。
3．银幕的高度和方向
银幕架设高度应以教室每一位同学都能看到全屏幕为准，一般银幕的下沿距地面1.0～1.2 m为宜；考虑银幕挂在黑板一侧，其平面应略偏向另一侧（角度为20º左右）；考虑投影仪和幻灯机的位置都不能很高，银幕平面应略向前倾（角度为10º左右）。