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。
