Волшебный фонарь
Конструирование волшебного фонаря и экрана к нему
Предыстория
Я хотел сделать модель старого волшебного фонаря. Но мне хотелось, чтоб эта модель имела практическое значение.
Прототипы устройства
Детали современного устройства
Объектив от советского фотоаппарата "Зоркий". Диаметр 10 мм, фокусное расстояние 50 мм. Хорош тем, что оптика его находится в металлическом тубусе, а тубус подвижен относительно крепежного кольца, что позволяет наводить на резкость.
Cветильник (41 светодиод) в задней части пластикового тубуса.
Передняя часть пластикового тубуса свободно вращается относительно задней части, в ней прорезан паз для слайдов и диафильмов. В паз свободно проходит стандартный слайд 49х49х2 мм.
Оптический конденсатор в передней части пластикового тубуса.
Направляющая рамка для пленки диафильма 145x50х3 мм, кадровое окошко 17х24 мм, из картона, покрыта лаком.
вид спереди, вид с сбоку1, вид с сбоку2
Самодельные гибкие слайды* 210х50х0,1 мм, из пластиковой пленки, по краям бумага, картон.
_____________________________
* Отпечатаны на лазерном принтере.
Вариант волшебного фонаря
Усовершенствованный вариант с подзарядным устройством
Оптическая система волшебного фонаря
рис. 1
Оптический конденсатор К собирает рассеянные лучи, исходящие от источника света С, на проецируемую картинку на пластинке П. O1,O2 - объектив, проецирует изображение на экран Э.
d – расстояние от источника света; f – расстояние от конденсатора до точки, в которой сходятся лучи света.
d > F
1 / F = 1 / f + 1 / d
где F главный фокус системы линз конденсатора.
f = d*F/(d-F)
Наиболее распространенная конструкция конденсатора из двух одинаковых плосковыпуклых линз.
Короткофокусный конденсатор наиболее выгоден, чем меньше F конденсатора, тем больше света дает он для волшебного фонаря.
Диаметр конденсатора должен быть таким, чтобы размер картинки не превышал диаметра сечения сходящегося пучка света, отбрасываемого на картинку пластинки. Чем больше конденсатор в диаметре, тем больше он может собрать света для волшебного фонаря.
Как видно из рисунка ниже при одинаковом F двух конденсаторов красный конденсатор соберет больше света на красной пластинке, чем зеленый конденсатор на зеленой пластинке равной по размеру красной, т.к. диаметр красного конденсатора больше.
Двойной конденсатор собирает наибольшее количество света и отбрасывает наиболее широкий пучок света на пластинку при d = 2F. При таком d лучи из первой линзы выходят параллельным пучком и вторая линза конденсатора освещена полностью.
Однако если мы применяем короткофокусный объектив малого диаметра, приходится увеличивать расстояние d, чтобы уменьшить f. При удалении конденсатора от источника света в него попадает меньшее количество рассеянных лучей, что уменьшает светосилу фонаря. Кроме того, вторая линза конденсатора освещается более узким пучком света, т.к. лучи из первой линзы выходят сходящимся пучком, что уменьшает диаметр пучка света, отбрасываемого конденсатором на пластинку.
Если же мы применяем длиннофокусный объектив малого диаметра, приходится уменьшать d, чтобы увеличить f. При приближении конденсатора к источнику света в него попадает большее количество рассеянных лучей. Однако при этом из первой линзы конденсатора лучи выходят расходящимся пучком и вторая линза конденсатора собирает не весь свет, попавший в первую линзу.
Двойной конденсатор из стеклянных линз нам пришлось усилить, сократив его F дополнительной плоской пластиковой линзой Френеля.
Для проекции может быть использован один из объективов О1, O2 (см. рис.1). Несмотря на то, что диаметр объектива O2 с большим фокусным расстоянием меньше диаметра O1 с меньшим фокусным расстоянием, оба объектива соберут одинаковое количество света. Диаметр объектива должен быть не меньше сечения пучка света, идущего от конденсатора, в той плоскости, в которой должен быть установлен объектив.
Простейший объектив изготовляют из двояковыпуклой линзы, причем изображение получается невысокого качества, и качество тем хуже, чем больше увеличение линзы.
d – расстояние от пластинки до объектива;
d > F
где F – главный фокус объектива
Определение главного фокусного расстояния объектива и конденсатора
1. Расположите на полу под включенной люстрой лист бумаги, линейку и линзу (или систему линз) следующим образом.
2. Перемещая линзу вверх-вниз добейтесь, чтобы на листе бумаги появилась четкая проекция люстры. При этом на линейке будет отображено фокусное расстояние линзы.
Настройка волшебного фонаря
1. Направьте волшебный фонарь на экран и перемещением объектива добейтесь четкой проекции.
2. Выньте пластинку с изображением.
3. Если фонарь настроен правильно, то освещение будет равномерным.
Если источник света находится слишком близко к конденсатору, появятся тени внутри светового круга.
Чтобы избавиться от этого, необходимо удалять источник света от конденсатора.
Если источник света находится слишком далеко от конденсатора, появятся тени по краю светового круга.
Чтобы избавиться от этого, необходимо приближать источник света к конденсатору.
Если источник света расположен не по центру конденсатора, появляются тени справа, лева, снизу или сверху.
Изготовление экрана
Экран делается из реек, на которые натягивается белая простыня. Простыня крепится к рейкам скобами при помощи строительного степлера.
Для повышения отражательной способности экрана его покрывают белой матовой краской.
Примеры проекций на экран 1,4x1,4 м
Примеры проекций на экран 44x29 см.
Литература
Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: Фонарь проекционный (волшебный)