Проекция – оптическое изображение объекта увеличенного размера на рассеивающей поверхности, служащей экраном. Диаскопическая Эпископическая Плоская Стереоскопическая Голографическая 2 Архив ТСО • Диапроекцией – называется получение на экране увеличенного изображения объекта, выполненного на прозрачной или полупрозрачной основе, изображение которого образуется световым потоком, проходящим от источника света сквозь объект проекции на экран Архив ТСО • Диапроекторы подразделяются на: • - неавтоматические – аппараты, в которых привод • • всех механизмов осуществляется вручную; - полуавтоматические – аппараты, в которых процесс смены кадров осуществляются механизмами управляемыми и контролируемыми человеком, фокусировка производится вручную; - автоматические – аппараты, в которых процесс смены кадров и фокусировка осуществляется механизмами, управляемыми специальными устройствами (магнитофоном, программатором и т.п.) или непосредственно человеком, например с пульта дистанционного управления. Архив ТСО Осветительнопроекционная система диапроектора: 1 – источник света; 2 – зеркальный отражатель (рефлектор); 3 – первая линза конденсора, 4 – теплозащитный фильтр, 5 – вторая линза конденсора; 6 – объект проекции, 7 – объектив, 8 – изображение объекта проекции, 9 – проекционный экран Архив ТСО • Объектами диапроекции являются: диафильмы, диапозитивы, кадры фильмов, транспаранты и другие объекты,выполненные на прозрачной основе. Стационарные графопроекторы - в таких проекторах лампа и оптическая система размещаются в корпусе под стеклом, которое является рабочей поверхностью проектора и на котором располагают прозрачную пленку для проецирования нанесенного на нее изображения. Современные диапроекторы Эпидиаскоп Схема работы • Эпиобъекты – это плоские изображения (тексты, фотографии, рисунки, репродукции и т.п.) на непрозрачной основе, выполненные по формату кадрового окна эпипроектора. Эпиобъекты могут быть как чернобелыми, так и цветными. Оптическая схема эпипроектора включает в себя источник света 1, рефлектор (отражатель) 2, эпиобъект 3, предметный столик 4, поворотное зеркало 5, объектив 6. Источник света излучает световой поток одинаково по всем направлениям. Примерно половина потока попадает на эпиобъект 3, другая половина отражается рефлектором и также попадает на эпиобъект. Функция рефлектора – увеличение светового потока, идущего на эпиобъект, и тем самым – повышение яркости изображения на экране. При помощи зеркала 5 осуществляется поворот световых лучей, отраженных от эпиобъекта, и направление их в объектив 6. Функции объектива: 1) увеличение изображения; 2) управление чёткостью изображения.. В эпипроекторах обычно используются объективы состоящие из системы трех линз. Технологии • Технология формирования изображения • Есть два основных подхода к созданию проектора: трехматричный и одноматричный Смысл матрицы • Функция матрицы состоит в том, что каждая ее точка либо пропускает, либо блокирует свет, поэтому матрица способна формировать только одноцветное изображение, например черно-белое или черно-зеленое, если светить на нее зеленым фонариком. Нужна матрица с монолитными квадратными точками, а такая матрица заведомо является одноцветной • Мы можем создать три отдельных изображения и, наложив их друг на друга, получить желаемый результат • Совместить три изображения мы можем внутри • проектора, если у нас одновременно используется три матрицы. Либо мы можем схитрить и совместить три изображения уже на экране. Точнее, мы можем проецировать их по очереди на экран, а в голове у зрителя они объединятся в цветное. Особенности одноматричного и трехматричного подходов • 1.Одноматричный проектор использует одну матрицу вместо трех. Значит, • • • • эта матрица может быть более сложной или дорогой. 2. Также, компактный проектор проще делать на базе одноматричной технологии. 3.Трехматричный проектор использует три цвета из спектра белого, одноматричный в каждый момент времени — только один, а остальное отсекается. Это означает низкую эффективность использования светового потока лампы. Другими словами, это означает недостаточную яркость. 4. В зависимости от скорости смены кадров, в определенных условиях зритель может заметить цветные компоненты изображения у одноматричного проектора. Это называется «эффектом разделения цветов» или "эффектом радуги". Изображение трехматричного проектора в этом смысле будет безупречным. 5. У трехматричного проектора матрицы надо точно подогнать друг к другу. Если этого не происходит, то уменьшается точность границ отдельных пикселей. У одноматричного проектора пиксель будет иметь идеально точную форму и зависеть только от оптики проектора. Эффект радуги CRT - Cathode Ray Tube; LCD - Liquid Crystal Display; DLP - (Digital Light Processing); D-ILA - Direct Drive Image Light Amplifier. DLP проекторы • Сама матрица DLP проектора именуется DMD чипом (англ. «Цифровое Микрозеркальное Устройство»), производится американской компанией Texas Instruments. • Как следует из названия, DMD матрица состоит из миллионов зеркал, способных поворачиваться, занимая одно из двух фиксированных положений. Схема устройства микрозеркала DMDматрицы Микрозеркала подвижно закреплены на подложке матрицы и при помощи электродов, подключённых к ячейкам памяти SRAM, могут практически мгновенно отклоняться в одно из двух положений, отличающихся друг от друга на угол в 20° 22 23 • Каждое зеркало либо отражает свет лампы на экран, либо на светопоглотите ль (радиатор) проектора, давая белую или черную точку на экране • Многократно переключаясь с черного на белое, мы получаем оттенки серого на экране Полутоновое изображение создаётся за счёт регулировки соотношения между периодами «включения» микрозеркала и его «выключения», то есть пропорции белого и чёрного. Full HD DMD чип содержит 1920 * 1080 = 2 073 600 микрозеркал. • Одноматричный проектор в каждый момент времени • выводит на экран только один цветной компонент изображения Для выделения отдельных цветов из белого света лампы используется вращающееся колесо с цветофильтрами («цветовое колесо») • Цветовое колесо может иметь различную скорость вращения • Цветовое колесо может состоять из сегментов-фильтров различного • цвета, помимо красного, зеленого и синего могут использоваться дополнительные цвета. К примеру, RGB колесо будет состоять из красного, зеленого и синего компонентов. 28 29 Красной стрелкой показан путь света от лампы к матрице, через диск светофильтров, зеркало и линзу. Далее луч отражается либо в объектив (жёлтая стрелка), либо на радиатор (синяя стрелка). 30 31 Cветовой поток лампы с помощью призм расщепляется на три составляющих (RGB), каждая из которых направляется на свою DMD - матрицу, формирующую картинку одного цвета. Объектив аппарата проецирует на экран одновременно три цветных картинки, формируя, таким образом, полноцветное изображение. 32 Двухматричный проектор Промежуточным типом проекторов является двухматричный проектор. В данном случае свет расщепляется на два потока: красный отражается от одной DMD-матрицы, а синий и зеленый — от другой. Светофильтр, соответственно, удаляет из спектра синюю либо зеленую составляющие поочередно. 33 34 Мультимедийные проекторы на базе электронно-лучевых трубок (CRT) выпускаются в течение уже нескольких десятилетий. Технологии ЭЛТ или CRT в английской транскрипции и сейчас популярны для создания особо дорогих по исполнению и качеству картинки проекторов, однако их создают очень малое количество производителей. Самыми популярными из них — компании SIM2 и Barco, которые выпускают «трехпушечные» Full HD-проекторы Hi-End класса со средней стоимостью аппарата в полмиллиона долларов США. Проекторы компании Barco одни из самых дорогих на планете Недостатки CRT-проекторов, ограничивающие сферу их применения. 1. При значительных габаритах и массе в несколько десятков килограмм они проигрывают современным портативным мультимедиа-проекторам в яркости. 2. При характерном для них световом потоке в пределах от 100 до 300 ANSIлм просмотр программ возможен лишь в отсутствие внешнего освещения. 3. Для достижения наилучшего качества изображения при инсталляции CRTпроектора нужно выполнить множество тонких настроек (сведение лучей, баланс белого и т. д.), что требует привлечения квалифицированного персонала. Между тем, после перемещения аппарата на новое место, замены вышедшего из строя компонента или естественного ухода параметров с течением времени все процедуры необходимо повторить заново. Таким образом, к достаточно высокой цене самого устройства могут добавиться значительные эксплуатационные расходы. Наиболее совершенные CRT-проекторы строятся на трех электронно-лучевых трубках с размером экрана от 7 до 9 дюймов по диагонали. Каждая трубка воспроизводит один из базовых цветов пространства RGB - красный, зеленый или синий. Первые ЖК проекторы были одноматричными. Довольно быстро выяснилось, что качество изображения, создаваемое таким проектором, невысокое. Наблюдались проблемы с пикселизацией изображения, была невысока чёткость, неважно отображались динамичные изображения. 39 3LCD Проекторы Используются три жидкокристаллические матрицы, которые одновременно работают с красным, зеленым и синим потоками света, выводя на экран «честное» цветное изображение. 40 Жи́дкие криста́ллы— это фазовое состояние, в которое переходят некоторые вещества при определённых условиях (температура, давление, концентрация в растворе). Жидкие кристаллы обладают одновременно свойствами как жидкостей (текучесть), так и кристаллов (анизотропия). По структуре ЖК представляют собой вязкие жидкости, состоящие из молекул вытянутой или дискообразной формы, определённым образом упорядоченных во всём объёме этой жидкости. Наиболее характерным свойством ЖК является их способность изменять ориентацию молекул под воздействием электрических полей, что открывает широкие возможности для применения их в 41 промышленности. Жидкокристаллическая матрица по своей сути представляет оптический затвор. Она пропускает через себя (не пропускает, частично пропускает) белый свет от лампы подсветки. Изображение разбито на растр из точексубпикселей, каждый из которых управляется отдельным тонкоплёночным транзистором TFT (thin-film transistor). 42 43 Жидкокристаллический материал размещается между двумя стёклами-поляризаторами. Световой поток, прошедший первый поляризатор, попадает на жидкие кристаллы. В отсутствие внешнего воздействия, кристаллы пропускают свет через поляризаторы. Электрический ток, проходя через жидкость, ориентирует кристаллы, они поворачивают плоскость поляризации света, он не проходит через второй поляризатор, в результате чего субпиксель выглядит тёмным. 44 К достоинствам можно отнести малое энергопотребление и малое выделение тепла, высокое качество изображения, низкие рабочие напряжения, высокий ресурс и срок службы, «честную» диагональ (в отличие от кинескопной технологии, где диагональ всегда несколько меньше заявленной). Устройства на основе ЖК компактны и просты в управлении. 45 Недостатки Прежде всего, это проблема с чёрным цветом. ЖК матрица неидеальна, и даже полностью запертый субпиксель будет выглядеть не чёрным, а серым. Для сравнения, в DLP проекторах это не так, поскольку там чёрный цвет – это отсутствие цвета. Во-вторых, тонкоплёночный транзистор, который управляет каждым субпикселем, может выйти из строя, и тогда на экране навсегда образуется (в зависимости от технологии матрицы) чёрная или белая точка. 46 В-третьих, через ЖК нельзя пропускать большие световые потоки – матрица просто не выдержит их, перегреется и сгорит, а организовать эффективный съем тепла с таких матриц современная техника пока не умеет. Именно поэтому область применения ЖК технологий в проекционной технике – это относительно небольшие офисные, учебные или рекламные проекторы. Мощные кинотеатральные устройства всегда строятся на технологии DLP или каких-либо других технологиях. 47 Четвёртый недостаток – это чувствительность к пыли. ЖК матрицы охлаждаются, как правило, воздушным потоком, а поскольку геометрические размеры матрицы в проекторе невелики, каждая пылинка будет выглядеть на экране неопрятной кляксой. В некоторых новых проекторах оптический блок полностью герметичен, что полностью исключает попадание в него пыли. 48 49 50 В 3LCD проекторах в качестве источника света используется лампа, свет которой изначально разделяется специальными фильтрами на три компонента. Но сердце проектора — это три матрицы, примыкающие к призме, в которой три потока света снова объединяются, другими словами, три цветных компонента изображения совмещаются в итоговое цветное, которое и выводится на экран. 51 52 53 54 55 56 57 3LCD Reflective Матрицы расположены на отражающем слое, что позволяет исправить поляризацию света и дополнительно снизить паразитную засветку 58 59 Технология LCOS (D-ILA) Изображение в этой технологии формируется жидкими кристаллами, однако работает она не на просвет, как привычные ЖК-матрицы, а на отражение, и иногда, для упрощения понимания ее сути, технология называется «отражающими жидкокристаллическими панелями». Свет попадает на пакет сверху через один поляризационный фильтр, отражается от зеркального слоя и возвращается обратно под другим углом, чтобы пройти через второй поляризационный фильтр. 61 Источники Света • Ртутная лампа высокого давления (UHP) • UHP лампы – это газоразрядные лампы, работающие • • • при помощи паров ртути, находящихся в них под высоким давлением в 200 бар. UHP ртутные ламы являются традиционным источником света для проекторов. Они сочетают низкую стоимость и простоту замены с высокой яркостью, а их приблизительный ресурс работы составляет в среднем от 3000 до 5000 часов в режиме максимальной мощности. Как правило, мощность устанавливаемых в проектор ламп составляет 200 Вт и более. Принцип прост — в лампе светится разряд, возникающий между вольфрамовыми электродами в парах ртути, которые находятся под высоким давлением. • Лампа дает поток белого цвета, который • • необходимо разделить на красный, зеленый, синий и пр. потоки с помощью специальных цветофильтров, которые используются как в 3LCD проекторах, так и в цветовом колесе DLP проекторов. При этом, UHP лампы изначально дают не идеально белый цветовой оттенок. Как правило, он зеленоват. Чтобы компенсировать этот оттенок и сделать свет лампы идеально белым, используются как оптические фильтры, так и корректировка с помощью матриц проектора, путем ограничения яркости зеленого. В этом и заключается причина, по которой у классических проекторов имеется «Яркий» («Динамический») и «Точный» («Кино») режимы изображения: в ярком оттенок изображения зеленоват, но в нем достигается максимальная яркость, а в точном зеленый оттенок убран ценой существенного снижения яркости. • Одним из недостатков UHP ламп является высокая температура работы, требующая интенсивного охлаждения. Лампе требуется некоторое время, чтобы выйти на оптимальную яркость. Еще один момент — яркость лампы может снижаться с течением времени. • Тем не менее, лампы представляют собой проверенный, прогнозируемый, качественный, яркий, недорогой источник света. Xenon • Ксеноновые лампы. • Вместо паров ртути в лампе находится сжатый • • • ксенон (благородный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха). Ксеноновые лампы многократно превосходят ртутные по мощности, давлению и, как следствие, по интенсивности светового потока. Они обладают изначально более правильным балансом белого и исключительно ровным спектром излучения, позволяющим добиться более качественной цветопередачи. Такие лампы хорошо подходят для High-End проекторов (высокий класс). Мощность ксеноновых ламп находится в диапазоне от 2 до 15 кВт, а давление газа в лампе достигает 300 атмосфер, что предопределило их использование в профессиональных кинотеатральных проекторах и • Сравнение спектров «ксенона» и «ртути» Ось X- длинна волы в нм Ось Y — отдача синий график – «ксенон», красный – «ртуть» HCX • Металогалогенные лампы • Излучают свет благодаря разряду плазмы • электрической дуги, возникающей в газе, находящимся под высоким давлением. От UHD их отличает добавление к парам ртути галогенидов некоторых металлов, что позволяет сделать спектральную характеристику светового излучения более равномерной. Проблемой этих ламп является постепенная, но при этом постоянная потеря яркости, вплоть до 50% за время эксплуатации источника. Время работы этих ламп сравнимо с другими газоразрядными аналогами. P-VIP • Ртутные газоразрядные лампы для проектора. • Можно считать этот тип вершиной эволюции • ртутных проекторных ламп. Срок службы этих ламп может достигать 6000 — 8000 часов, интенсивность излучения и равномерность спектра сравнима с HCX, при этом у P-VIP нет болезни «возрастного снижения яркости», лампа одинаково здорово светит на протяжении всего срока службы. Пример обозначения: P-VIP 150/1.3 E21.5ha - 150 – мощность лампы (Ватт) - 1.3 – расстояние между электродами источника света (горелки) - E – рефлектор лампы (E – эллиптический, P – параболический) - 21.5 – размер рефлектора лампы - ha – технологическая информация компании - производителя Источники Света: LED и Лазер • Полупроводниковые источники света (светодиоды и • • лазеры). Характерная их особенность в том, что они могут обладать исключительно узким спектром излучения, что дает чистые, насыщенные цвета, которые не нужно выделять из белого спектра специальными фильтрами. Эта особенность будет особенно важна в эпоху новых стандартов видео, таких как Ultra HD, требующих отображения предельно чистых цветов. • Светодиоды, и лазеры способны обеспечить • • • не менее 20 000 часов работы, а в ряде случаев работают дольше. Кроме того светодиодные и лазерные проекторы позволяют уменьшить минимальное расстояние до экрана. Слабым звеном с точки зрения яркости является зеленый светодиод К большим преимуществам лазерных проекторов перед остальными типами относятся высокое качество изображения и совершенная отсутствие «привередливости» к поверхности, на которую проецируется изображение. Гибридный Источники Света: LED/Лазер • Замена зеленого светодиода LED проектора синим лазером, светящим на зеленый люминофор. При этом, для излучения синего света используется синий светодиод, либо тот же синий лазер. Технологии интерактивных досок • Интерактивная доска (англ. Interactive Whiteboard, • • IWB) – это большой интерактивный экран в виде белой магнитно-маркерной доски. Интерактивная доска может быть представлена как автономным компьютером с большим сенсорным экраном, так и подключаемым к ноутбуку устройством, объединяющим проектор и сенсорную панель. Интерактивные доски используются в школьных кабинетах, переговорных, залах для групповых занятий, комнатах для дистанционного обучения и других помещениях. • С помощью проектора изображение рабочего стола • • • компьютера проецируется на поверхность интерактивной доски. В этом случае доска выступает как экран. С проецируемым на доску изображением можно работать, вносить изменения и пометки. Все изменения записываются в соответствующие файлы на компьютере, которые могут быть сохранены и в дальнейшем отредактированы или переписаны на съемные носители. В этом случае, мультимедийная доска работает в качестве устройства ввода информации. В процессе обучения интерактивная доска позволяет задействовать визуальную, слуховую и кинестетическую системы человека, благодаря этому лучше усваивается новая информация. Электромагнитные интерактивные доски • Основа принципа действия • • • • включает два компонента цифровая сетка и цифровая ручка. Цифровая ручка содержит ретранслятор, который испускает электронные сигналы. Когда ручка входит в контакт с поверхностью цифровой сетки, данный сигнал вызывает электронный контакт, который передается в компьютер. Этот сигнал указывает компьютеру местоположение ручки на поверхности цифровой сетки в виде x и y координат. Электромагнитные доски предоставляют пользователям разную точность ввода данных, равную или превосходящую по параметрам точность, получаемую при использовании компьютерной мыши. Резистивные (сенсорные) интерактивные доски • Изготавливаются из эластичного • • • • • лицевого покрытия и из твердого основания. Обратная сторона лицевого покрытия и верхняя сторона основания покрыты резистивным материалом. В обычных условиях резистивные поверхности разделены тонким воздушным просветом. Когда происходит контакт с лицевой рабочей поверхностью, просвет закрывается, регистрируя точное местоположение точки касания. Данный аналоговый сигнал преобразуется в поток последовательно передаваемых данных, а затем отсылается на компьютер для последующей обработки. Резистивная технология позволяет использовать палец или любой предмет для управления устройством. Доска работает на продавливание: при нажиме поверхность слегка продавливается, наружный электрод прикасается к внутреннему, система обрабатывает полученную информацию (датчики определяют место касания) и выводит на компьютер. Скорость работы такой доски ограничена вязкостью гибкой поверхности, однако, для большинства образовательных задач этой скорости достаточно. Поверхность таких досок матовая, мягкая. Инфракрасные интерактивные доски • При касании экрана происходит оптическое прерывание горизонтальных и вертикальных невидимых инфракрасных лучей. Решетка лучей формируется линейками миниатюрных инфракрасных светодиодов. Напротив каждой их этих линеек находится линейка фотодетекторов. По всему периметру доски располагаются инфракрасные датчики, которые точно определяют координаты касания поверхности — при касании поверхности доски лучи, идущие от светодиодов к фотоэлементам, прерываются — точка прерывания преобразуется в координаты "X" и "Y", которые затем используются компьютером для изменения положения курсора. Интерактивная приставка (система). • Это портативное и простое в использовании устройство, позволяющее превратить любую ровную поверхность, будь то стена или обычная маркерная в интерактивную доску. Электронный маркер испускает одновременно и ИК-свет, и ультразвук. ИК-датчик и ультразвуковые микрофоны принимают сигналы. Встроенная электронная система по разности времени их прихода вычисляет координаты маркера. Видеопроекторы с функцией интерактивности • Этот аппарат совмещает в себе сразу два • прибора — собственно, сам мультимедийный видеопроектор и интерактивный датчик, который реагирует на перемещение в пространстве специальных указок-маркеров, идущих в комплекте с устройством. Главная функция интерактивности выполняется оригинальным способом — можно использовать указку как компьютерную мышь, писать, создавать рисунки и т.д. Интерактивные дисплеи (панели) • Интерактивная панель в использовании предоставляет тот же функционал, что и другое интерактивное оборудование. ЖК-дисплеи со встроенными интерактивными функциями и защитным стеклом. Новое направление в сфере интерактивного оборудования. • Дисплеи обладают высоким разрешением, картинка отличается высокой контрастностью и насыщенными цветами, в то время как в случае комплекта (доска и проектор) параметры картинки определяются проектором и освещенностью комнаты.
