Исследовательская работа по теме "Конструирование проектора" (3 класс)

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ  «ГИМНАЗИЯ № 22»

КАК СКОНСТРУИРОВАТЬ ПРОЕКТОР -

«ВОЛШЕБНЫЙ ФОНАРЬ»

                                                             21 ВЕКА

 (научно-исследовательская работа)

Выполнил:

Мыздриков Даниил

ученик 3 класса А

МБОУ «Гимназия № 22»

(Алтайский край, г.Барнаул)

Руководитель:

Зайцева Ирина Викторовна

учитель начальных классов

МБОУ «Гимназия № 22»

Барнаул - 2017

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение……………………………………………………………………..	3
Глава 1. История проектора и принцип работы (обзор литературы)……	4
1.1.                   Прообраз проектора………………………………………………..	4
1.2.                   Виды проекционных аппаратов…………………………………...	7
1.3.                   Получение изображения объекта…………………………………	8
Глава 2. Конструирование проектора ……………………………..………	10
Заключение…………………………………………………………………..	11
Список литературы……….…………………………………………………	12
Приложения ………………………………………………………………..	14

Введение

Актуальность исследования:

Многим хочется иметь дома домашний кинотеатр. Но каждый сталкивался с вопросом: как сделать самому большой экран? Если покупать телевизор, то это стоит дорого, да и даже большой телевизор с диагональю полтора метра не создаст впечатление кинотеатра. Другой вариант - купить проектор. При использовании настоящего проектора дома можно создать настоящий кинозал. На данный момент существует множество фирм по производству проекторов, которые различаются по размеру, цене, мощности, диагонали экрана и принципу работы. Проекторы мобильны, потребляют относительно небольшое количество электроэнергии. Имеют большую, изменяемую диагональ проецируемого изображения. Сейчас на рынке информационных технологий представлены проекторы для профессионального применения, а также применения обычными пользователями, но, к сожалению, у всех них есть большой недостаток. Это высокая цена. Самый простой и дешевый, на мой взгляд, выход - создать проектор в домашних условиях.

Цель проекта: Сконструировать проектор в домашних условиях.

Гипотеза: если создать проектор своими руками, то появится возможность демонстрировать фотографии и видео в домашних условиях.

Задачи проекта:

ü Познакомиться с устройством и принципом работы проектора.

ü Выбрать подходящий для сборки вариант проектора.

ü Собрать проектор.

ü Протестировать проектор, для оценки качества работы.

Объект исследования – мультимедийный проектор.

Предмет исследования – изображения, полученные с помощью линз

ГЛАВА 1. ИЗ ИСТОРИИ ПРОЕКТОРА

(ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

1. Прообраз проектора

Проекционное оборудование имеет не очень длинную историю, но в последнее время индустрия проекторов стремительно развивается и на сегодняшний день на рынке представлен широкий спектр проекционного оборудования на любой вкус. Говоря о проекционном оборудовании, следует отметить, что любая проекционная система состоит из таких частей, как проецируемый объект, линза и источник света. Само слово проектор и проекция произошло от латинского «projicio», которое означает «бросаю вперед». Это словосочетание описывает работу традиционного проектора, который «бросает вперед» или проецирует изображение на экран. Впервые принцип проецирования упомянул в своих трудах Платон. Философ представлял человечество, сидящее в пещере спиной к выходу и наблюдающее за всем происходящим в мире на стене пещеры, на которую переносятся все события, происходящие в мире.

Первый проектор, ставший прототипом современных моделей, был разработан в XVII веке знаменитым голландским математиком и физиком Христианом Гюйгенсом. (Приложение 1) «Волшебный фонарь», как назвали изобретение ученого, нужен был Гюйгенсу для проведения опытов и лекций, однако не благодаря науке это устройство стало знаменитым. Аппарат ученого успешно использовался множеством шарлатанов, которые бродили по европейским странам и показывали скелетов и приведений. (Приложение 2)

Эти новоявленные иллюзионисты принесли «волшебному фонарю» Гюйгенса широкую известность. Вполне возможно, что благодаря именно этой известности на аппарат обратили внимание ученые и в XVIII веке. Он начал применяться в организации лекционных занятий и научных исследованиях. В XIX веке открытия братьев Люмьер и Эдисона открыли человечеству волшебный мир кинематографа, а уже в XX веке устройство Гюйгенса получило название диапроектора. Благодаря этому устройству целые поколения детей смогли наслаждаться просмотром мультиков, когда их родители прокручивали кадры пленок.

Наука не стояла на месте и вскоре одному экспериментатору, имя которого так и осталось неизвестным, пришла в голову мысль заменить традиционные 35-ти миллиметровые пленки пленками большего формата. В первой половине 60-х годов прошлого века был разработан и произведен первый оверхед-проектор, подаренный миру корпорацией 3М. Эти устройства в разное время назывались кодоскопами или графопроекторами. Оверхед-проекторы (графопроектор, кодоскоп) — это оптическое устройство, позволяющее проецировать на большой экран изображение с прозрачной пленки формата А4 (297×210 мм). (Приложение 3)

 Спустя десятилетия после появления первых моделей оверхед-проекторов многие компании продолжали их производство и даже сейчас подобные устройства часто можно встретить в школах и в других учебных заведениях. На смену оверхед-проекторам пришли модели мультимедийных проекторов. В 1987 году известная американская компания Proxima выпустила модель проектора, в котором вместо традиционной пленки применялась жидкокристаллическая панель. Это устройство можно было подключать к компьютеру или видеомагнитофону, поэтому вскоре проекторы стали часто использоваться для демонстраций фильмов.

Первый полноценный мультимедийный проектор появился в 1995 году, а разработчиком стала все та же компания Proxima. Специалисты компании соединили в одном аппарате LCD-панель и источник света. Первые модели мультимедийных проекторов весили около 9-ти килограммов, а галогенные лампы способны были выдавать световой поток не более 300 люмен. При этом проходя через матрицу, терялась определенная часть светового потока, а на экране была видна пиксельная структура матрицы. (Приложение 4)

 Конечно, такие проекторы были далеко не идеальными, поэтому в качестве альтернативы вскоре появилась цифровая технология DLP. Фирма Texas Instruments выпустила DMD кристалл, на основе которого фирма InFocus создала первый DLP проектор. Сотрудники Texas Instruments разработали проекционную систему Digital Light Processing (цифровой обработки света) или сокращенно DLP. Картинка, проецируемая DLP-проекторами, была более высокого качества и однородности, а вес устройств был гораздо меньше проекторов-предшественников. Вначале цветовой фильтр, который «окрашивал» пучок света, имел всего 3 сектора (красный, синий и зеленый), а немного позже к ним был добавлен и белый сектор.

Появление DLP-проекторов стало огромным шагом в развитии проекционного оборудования. Однако разработчики не остановились на достигнутом, и постоянно модернизируют разработанные ранее технологии и внедряют технологические новинки. Вскоре в проекторах стали применяться 3 матрицы, вместо одной большой. Кроме этого на матрицы стали устанавливать микролинзы, позволяющие увеличить уровень световой отдачи. Всего за несколько лет мультимедийные проекторы стали популярными во многих странах по всему миру и сейчас трудно даже представить современный мир без этих полезных и нужных устройств. Проекторы успешно используются для организации представлений, презентаций и демонстраций в учебных заведениях, бизнес организациях, клубах, домашних кинотеатрах, концертных площадках и во многих других местах. Постепенно вес проекторов уменьшается, а их технические характеристики совершенствуются, поэтому вполне вероятно, что в скором времени проектор будет практически в каждой организации и во многих домах. [2]

Мультимедийные проекторы за несколько лет стали популярны во всем мире. Их используют на презентациях и совещаниях, на лекциях и в учебных тренажерах, в домашних кинотеатрах и конференц-залах, на дискотеках и в клубах. Появляется все больше производителей проекторов, а сами проекторы становятся ярче и легче. Они находят применение в различных областях жизни. На работе, и в обучении, и на отдыхе проекторы делают нашу жизнь удобнее, помогают достичь большего. [3]

2. Виды проекционных аппаратов

ü Диаскопический проекционный аппарат — изображения создаются при помощи диапроекции, то есть лучей света, проходящих через светопроницаемый носитель с изображением. Это самый распространённый вид проекционных аппаратов. К ним относят такие приборы как: кинопроектор, диапроектор, фотоувеличитель, проекционный фонарь, кодоскоп и др.

ü  Эпископический проекционный аппарат — создаёт изображения непрозрачных предметов путём эпипроекции, то есть проецирования отраженных лучей света. К ним относятся эпископы, мегаскоп.

ü  Эпидиаскопический проекционный аппарат — формирует на экране комбинированные изображения как прозрачных, так и непрозрачных объектов.

ü  Лазерный проектор — выводит изображение с помощью луча лазера.

ü  Мультимедийный проектор (также используется термин «Цифровой проектор») — с появлением и развитием цифровых технологий это наименование получили два, вообще говоря, различных класса устройств:

·На вход устройства подаётся видеосигнал в реальном времени (аналоговый или цифровой). Устройство проецирует изображение на экран. Возможно при этом наличие звукового канала.

·Устройство получает на отдельном или встроенном в устройство носителе или из локальной сети файл или совокупность файлов (слайдшоу) — массив цифровой информации. Декодирует его и проецирует видеоизображение на экран, возможно, воспроизводя при этом и звук. Фактически, является сочетанием в одном устройстве мультимедийного проигрывателя и собственно проектора.  [1]

Мультимедийные проекторы подразделяются на портативные (переносные) и стационарные типы.  Стационарные, сверхмощные проекторы (яркость до 30 000 ANSI) – технически сложные, сугубо профессиональные приборы для проведения масштабных мероприятий на стадионах, в концертных залах и т.д.  Портативные проекторы подразделяются на несколько типов.

ü Инсталляционные 9 - 18 кг

ü Портативные 4.5 - 9 кг

ü Ультрапортативные 2.25 – 4.5 кг

ü Микропроекторы менее 2.25 кг

Инсталляционные и портативные проекторы применяются специалистами для стационарной установки.  Такой мультимедийный проектор предназначен в основном для оснащения конференц-залов, презентационных комнат, контрольных центров, аудиторий в образовательных учреждениях и развлекательной сферы – помещений баров, ресторанов. Ультра портативные и микропроекторы предназначены для широкого круга потребителей и являются легко транспортируемыми. Традиционная сфера применения - выездные презентации, семинары, совещания, уроки в школах, домашней монитор для компьютера. [8]

3.     Получение изображения объекта

Проекторы являются в основном оптико-механическими или оптическо - цифровыми приборами, позволяющими при помощи источника света проецировать изображения объектов на поверхность, расположенную вне прибора. [13] Рассмотрим схематично, как получить изображение на экране с помощью собирающей линзы. Для получения изображения на экране нужно расположить предмет между фокусом и двойным фокусом, F < d < 2F. (Приложение 5) Для получения изображения объекта нам необходим сам объект, линза, экран, на который будет проецироваться изображение.

В собирающей линзе все лучи, идущие параллельно её главной оптической оси, после линзы собираются в одной точке, лежащей на главной оптической оси линзы. Смысл заключается в следующем: все лучи, попадающие в линзу параллельно ее оптической оси, пройдя через линзу, сходятся в одну точку на оптической оси. Эта точка называется фокусом, а расстояние от центра линзы до этой точки - фокусным расстоянием. Кроме того, центральный луч не преломляется линзой.

Рассмотрим схему. Имеем объект O, находящийся за фокусом линзы: F < d < 2F (Приложение 5). Чтобы понять ход лучей, нам достаточно рассмотреть две крайние точки объекта. Из схемы видно, что изображение получится действительным, увеличенным, перевернутым, значит, линза на таком расстоянии может работать в качестве объектива. Кроме того, при геометрическом построении достаточно рассмотреть всего по два луча для каждой точки (пунктирные линии): один проходящий через центр линзы, другой - параллельно главной оптической оси. Каждая пара лучей, проходящая от объекта через линзу, пересекаются с другой стороны на расстоянии, большем удвоенного фокусного расстояния линзы. При этом все остальные лучи (сплошные линии), исходящие от объекта, пересекутся там же. В месте пересечения лучей и будет сформировано изображение объекта O'.  Чтобы получить изображение, нужно на этом расстоянии перпендикулярно главной оптической оси поместить экран. [10]

ГЛАВА2. КОНСТРУИРОВАНИЕ ПРОЕКТОРА

 После изучения истории развития и принципов работы мультимедийного проектора нами была разработана инструкция по созданию мини-проектора в домашних условиях. Итак, мы определили следующий алгоритм:

1. Для сборки подходящего мультимедийного проектора были выбраны следующие комплектующие: коробка для обуви, мобильный телефон, линза, канцелярский нож, черная гуашь, кисточка, клей, линейка; (Приложение 6)

2. Коробку выкрасить изнутри в черный цвет, чтобы избежать бликов и максимально увеличить световой поток изображения; (Приложение 7)

3. Вырезать в коробке отверстие нужного размера и поместить в него линзу; (Приложение 8)

4. Напротив линзы на фокусном расстоянии сделать крепление для мобильного телефона; (Приложение 9)

5. Укрепить телефон; (Приложение 9)

6. Включить в телефоне слайд фотографии; (Приложение 9)

7. Закрыть коробку (Приложение 10)

Как только все выше перечисленные пункты были выполнены, стало необходимо правильно отрегулировать проектор и телефон, чтобы получить хорошую картинку. На практике это означает настройку яркости и контрастности. Мобильный телефон необходимо настроить на максимально возможную яркость, так чтобы существенно улучшить цветопередачу и контраст. В нашем случае после регулировок яркости и контрастности, мы получили яркую картинку, но только при условии полной темноты.

Очевидно, что себестоимость проектора, созданного своими руками принципиально ниже. 

А качество можно экспериментировать и совершенствовать с помощью линз.

Заключение

В ходе выполнения проекта нами решалась поставленная проблема: создать проектор для просмотра фотографий и видео в домашних условиях.

Проделав данную работу и собрав проектор, мы пришли к выводу, что проектор можно собрать в домашних условиях, если будет иметь место материальная оснащенность. На сборку опытного образца было затрачено 3685 рублей, что гораздо дешевле заводских аналогов, но полученный проектор не превосходит характеристики заводских аналогов. Качество изображения, получаемого при работе проектора можно считать достаточным для работы в стандартных домашних условиях. Основной проблемой являлось затраченное время на поиск подходящих линз. Так же полученный результат определил, что сконструированный проектор является не конечной стадией, мы собираемся продолжать дальнейшее совершенствование проектора. При работе с проектором выявили главное условие, при котором можно получить четкое изображение - это полная темнота. В дальнейшем мы хотим продолжить работу с проектом и усовершенствовать проектор, который позволит смотреть изображения не только в полной темноте.

Список использованной литературы

1.       Виды проекционных приборов: [Электронный ресурс] // Проектор URL: http://wiki.dns-shop.ru/index.php/Проектор (Дата обращения: 01.11.2013).

2.       История появления и развития проекционного оборудования: [Электронный ресурс] // FAQ по проекторам и проекционному оборудованию URL: http://finebuy.ru/doc/faq/po_proektoram_i_proekcionnomu_oborudovaniju (Дата обращения: 14.03. 2014).

3.       История развития проекционного оборудования: [Электронный ресурс] // Телевизоры URL: http://obzor.hi-tech.com.ua/развитие-проекторов/ (Дата обращения: 25.10.2013).

4.       История создания проектора: [Электронный ресурс] // Мультимедийные проекторы URL:https://sites.google.com/site/multimedijnyeproektoryyaborova/multimedia-proektory/istoria-sozdania-proektora  (Дата обращения: 14.11.2013).

5.       Как выбрать проектор: [Электронный ресурс] // Мультимедийные проекторы URL: http://obzor.hi-tech.com.ua (Дата обращения: 25.10.2013).

6.       Немое кино / Часть 3: Создание проектора: [Электронный ресурс] // Альманах URL: http://snimifilm.com/statyi/nemoe-kino-chast-3-sozdanie-proektora (Дата обращения: 14.11.2013).

7.       Основные характеристики проекторов: [Электронный ресурс] // Все о проекторах и экранах - Проекторы URL: http://proektor.my1.ru/load/1-1-0-2 (Дата обращения: 18.10.2013).

8.       Проектор: [Электронный ресурс] // URL: http://wiki.mvtom.ru/index.php/Проектор (Дата обращения: 16.01.2014).

9.       Проекторы: [Электронный ресурс] // Все о проекторах и экранах - Проекторы URL: http://proektor.my1.ru/index/0-2  (Дата обращения: 18.10.2013).

10.   Проекционный аппарат 3. LCD -мультимедийный проектор, созданный на базе оверхед-проектора[Электронный ресурс] // URL: http://www.nkj.ru/konkurs/detail.php?ID=17540#  (Дата обращения: 16.01.2014).

11.   Рулевская А. А Мультимедийные проекторы: [Электронный ресурс] // Презентация URL:  http://www.slideshare.net/RylevskayaA/ss-2774163 (Дата обращения: 15.11.2013).

12.   Технология видеопроекторов DLP: [Электронный ресурс] // Электронный учебник URL: http://de.ifmo.ru/bk_netra/page.php?index=69&layer=1&tutindex=28#1 (Дата обращения: 01.11.2013).

13.   Характеристики мультимедийного проектора: [Электронный ресурс] // Статьи URL:  http://www.leaterplus.com.ua/ru/arenda_docs/405/detail.php?ID=192 (Дата обращения: 29.11.2013).

14.   Что такое проектор?: [Электронный ресурс] // Статьи URL: http://www.leaterplus.com.ua/ru/arenda_docs/405/detail.php?ID=234 (Дата обращения: 29.11.2013).

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Христиан Гюйгенс

Приложение2

«Волшебный фонарь» Гюйгенса

Приложение 3

Кодоскоп

Прииложение 4

Проектор фирмы PROXIMA, 1995 год

Приложение 5

Получение изображения объекта

Приложение 6

Приложение 7

Приложение 8

Приложение 9

 Приложение 10