Проекционные установки: история, актуальность, технологии, применение

Введение

В современном мире все более и более набирают популярность мультимедийные технологии. Для обучения, бизнеса и других проектов необходимо четкое представление информации. А для того, чтобы наглядно продемонстрировать информацию необходимо качественное и масштабируемое изображение. Именно с этой ролью и справляется проектор. Проектор – это устройство, которое подключается к компьютеру и переносит или дублирует изображение с экрана монитора на проектируемый экран. Работа с проектором подобна работе с компьютером или другим мультимедийным оборудованием. Существует несколько типов проекторов. Они отличаются по ценовой категории, по качеству передаваемого изображения и по структуре передачи изображения. Выбор проектора покупателем, как правило, зависит от цели его использования. Применение проекционного оборудования влияет на эмоциональный настрой аудитории. Использование проекторов помогает глубже понять природу явления, а наглядный показ критических ситуаций помогает оценить информацию и принять необходимое решение.

1. История создания проекционных установок

Впервые идею проекции поднял древнегреческий философ Платон. Он рассматривал ситуацию, когда человек сидит у входа в пещеру, повернувшись спиной к внешнему миру. В это время на дальней стороне пещеры отображаются тени того, что происходит за спиной человека. Так, рассуждая о свете, Платон впервые выразил идею о проекции.

Рис.1 – Христиан Гюйгенс

Следует предположить, что любая система проекции состоит из трех элементов: источник света, проецируемый объект и линза, для фокусировки и увеличение проекции.
Первым создателем прибора, напоминающего проектор стал Христиан Гюйгенс (рис.1) в 17 веке. Этот прибор назвали «волшебный фонарь» за его магические для того времени умения. Назначение прибора было демонстрация схем в преподавании лекций студентам.
Наиболее широкое распространение и популярность прибор получил благодаря, как это часто бывает, шарлатанам. Этот прибор использовали для демонстрации пляшуших приведений и скелетов в уличных действах. Вскоре в Европе появилось множество уличных артистов, которые использовали «Волшебный фонарь» и набор картинок для развлечения публики и личной наживы.
В 18 веке, в связи с увеличением интереса к наукам и открытиям, «Волшебный фонарь» всё больше стал использоваться по назначению, для показа научных и образовательных материалов.
Следующей ступенью развития проекционных установок можно назвать открытие Эдисоном в 19 веке кинетоскопа, а братьями Люмьер эру кинематографии. Место «Волшебного фонаря» осталось на домашних полках. В 20 веке его стали называть диапроектор и использовать для просмотра «домашних мультфильмов».
С развитием науки появляется все большая потребность в наглядном отображении. Теперь основополагающий принцип педагогики вдохновил неизвестного экспериментатора использовать пленки более широкого формата. Этот прибор получил название «Оверхедпроектор». Он представлял из себя оптическое устройство, которое позволяет проецировать на большой экран. Проецируемое изображение располагается на специальной поверхности, которое подсвечивается специальным лучом света, и только потом с помощью линзы проецируется на экран. Эта технология стала основополагающей в создании современных проекторов.
В начале 60-х годов фирма «3М» впервые представила оверхед-проектор. На протяжении уже 40 лет и по сей день выпускают оверхед-проекторы. Они используются в школах, университетах на равных с современными мультимедийными проекторами.
Впервые о мультимедийных технологиях заговорили в 80-ых годах прошлого века. Используя жидкокристаллическую панель, подключенную к компьютеру мультимедиа технологии, вошли в современную жизнь. Впервые компания Proxima в 1987 году показала свою разработку проектора миру. К такому проектору теперь стало возможно подключение видеомагнитофона. Таким образом проекторы вновь приблизились к искусству кинематографии.

2. Актуальность применения проекционных установок

Основное назначение проекционных установок – наглядность в обучении. Изначально именно с этой целью и был создан первый прародитель проектора «Волшебный фонарь». Так и сегодня перед Российским образованием одной из приоритетных задач ставится информатизация образования.
В стремительно развивающемся мире высоких информационных технологий на первый план выходит развитие информационной картины мира, а, следовательно, и развитие креативных, интеллектуальных способностей, сущность понятий с позиции знания. Наиболее важным в преподавании в современной школе не только вести курс информатики, а использовать наглядные пособия, на всех школьных предметах. Активное использование мультимедийных технологий на каждом уроке поможет не только педагогу более наглядно преподнести преподаваемую дисциплину, но и обучающимся наиболее точно представлять изучаемый предмет.
Таким образом, актуальность применения проекционных установок не изменилась за много веков. Основная задача использования проекторов и мультимедийных установок – это обучение.

3. Технологии устройства мультимедийных проекторов

Технологию мультимедийных проекторов можно разделить на 4 вида по типу элемента, который используется производителем для создания изображения:
CRT - Cathode Ray Tube
LCD - Liquid Crystal Display
D-ILA - Direct Drive Image Light Amplifier
DLP - Digital Light Processing
Так, предложенные виды формирователя изображения имеют как свои плюсы, так и недостатки. Исходя из этого отличается и область применения различных типов проекторов.
Рассмотрим более подробно некоторые из них.

3.1 CRT-технология

Эта технология основана на применении электронно-лучевых трубок. Такие проекторы выпускаются уже несколько десятилетий и не имеют конкурентов на рынке по качеству передаваемой картинки, звука.
left30797500


Рис.2 – проектор на основе CRT-технологии
Наиболее высокие показатели четкости, разрешения, точности цветопередачи, уровню акустического шума, который не превышает 20 дБ позволяют таким проекторам держать уровень конкуренции с современными технологиями

. Наиболее глубокая цветопередача черного позволяет более четко различать детали картинки даже при затемненных сценах. А долгая работоспособность, по сравнению с мультимедийными проекторами делает их практически незаменимыми при использовании в образовательных учреждениях.
Устройство флюоресцирующего покрытия позволяет передавать качество видеосигналов различных форматов (NTSC, PAL, HDTV, SVGA, XGA и т. д.) без потери данных.
Основным недостатком такого типа проекторов является большие размеры и тяжелый вес (до несколько десятков кг). Яркость, в сравнении с современными проекторами тоже оставляет желать лучшего. Их особенность заключается в том, что цветопередача заметно ухудшается при дневном освещении. Следовательно, чтобы использовать такой тип проектора необходимо закрывать окна от дневного освещения.

Устройство CRT проектора
CRT проектор состоит, как правило, из 3 электронно-лучевых трубок, с размером диагонали экрана 7-9 дюймов. А значит, что каждая трубка, соответственно, воспроизводит один из базовых цветов (красный, зеленый, голубой).
left28033000

Рис.3 - Устройство CRT-проектора

Под воздействием магнитного поля отклоняющей системы цветовые частицы, выделенные из входного сигнала, управляют работой модуляторов трубок, тем самым изменяя интенсивность электронного луча. Именно так на экране появляется изображение определенного цвета. Затем, благодаря линзе изображение проецируется на внешний экран, смешиваясь при этом с двумя другими лучами. Таким образом на экране возникает полноцветная картинка.

Достоинства технологии CRT
1. Качественное изображение, широкий угол обзора
2. Глубокий черный цвет и высокая контрастность
3. Максимальное разрешение
4. Низкий уровень шума

Недостатки технологии CRT
1. Невысокая яркость
2. Размытость геометрии
3. Не подходит для статических изображений, нет возможности подключения к цифровому интерфейсу

3.2 LCD – технология

В отличие от других проекторов, в проекторах с технологией LCD формирующим элементом изображения является матрица LCD просветного типа. Такая технология напоминает технологию «Волшебного фонаря», но проецируемое изображение формируется не через слайд, а через жидкокристаллическую панель. В свою очередь эта панель состоит из множества элементов, которые называются пикселами. Прозрачность элементов изменяется от величины напряжения, подаваемого на него, а значит и освещение этого участка экрана тоже меняется.
Благодаря такой технологии стоимость проекционных аппаратов резко уменьшилась, а также уменьшились габариты самих аппаратов. Видеосигнал подается от компьютерных источников и других цифровых носителей. Такие проекторы удобны и просты в обращении, а также сохраняют свои настройки после выключения. Отсюда возникает популярность таких проекторов в сфере бизнеса для представления презентаций.
Основным недостатком использования таких проекторов служит ограниченность собственного оптического разрешения, которое определяется числом пикселов. Такие проекторы воспроизводят изображения только одного формата (XGA, SVGA). Для воспроизведения же других форматов нужны специальные преобразователи. Но, постоянное совершенствование алгоритмов формирования цветного изображения улучшает качество передаваемого изображения.

Устройство LCD проектора
Под воздействием электромагнитного поля направление молекул, которые формируют изображение меняется, а значит образуются световые лучи, благодаря движению этих молекул. Поскольку матрица имеет многослойную структуру, представленную в виде массива множества управляемых элементов, слой жидких кристаллов помещается между стеклянными пластинами на которых нанесены рубцы. Именно благодаря этим рубцам молекулы движутся не хаотично, а по заданным направлениям, причем, вследствие взаимно перпендикулярного расположения бороздок двух пластин, ориентация молекул меняется по мере удаления от одной из них и приближения к другой на 90 градусов.


Рис.4 – Устройство LCD-проектора

Пропущенный через такой слой жидкокристаллического вещества поляризованный свет (см. рис.5) также меняет плоскость поляризации на 90 градусов. Поэтому структура, в которую добавлены входной и выходной поляризационные фильтры с взаимно перпендикулярными осями поляризации (a и b), оказывается прозрачной для внешнего светового потока, частично ослабевающего при прохождении входного поляризатора


Рис.5 – Жидкокристаллическое вещество

Молекулы жидкокристаллического слоя, под воздействием электромагнитного поля меняют направление, а значит и угол поворота плоскости поляризации светового потока уменьшается. Следовательно, управляя уровнем электрического поля меняется прозрачность матрицы.
Применяются также подложки из амфорного кремния, в проекторах с активной адресацией. В таких видах проекторов каждый элемент работает под управлением отдельного тонкопленочного транзистора. (TFT).
Увеличению разрешения цветопередачи способствует транзистор и проводники, которые занимают значительную поверхность матрицы и снижают её световую эффективность.
Перенос элементов в слой поликристаллического кремния способствовал переходу на полисиликоновую технологию (p-Si), а, следовательно, уменьшились размеры проводников и управляющих транзисторов.

Рис.6 – LCD матрица с микролинзовым растром

Таким способом производителям удалось увеличить разрешение передачи изображения и световую эффективность матриц. В последнее время производители чаще стали использовать микролинзовый растр. Технология, при которой каждый элемент матрицы снабжен собственной линзой, которая направляет световой поток через прозрачную область.
Говоря о более современных LCD проекторах, необходимо заметить, что они выполняются на основе трех полисиликоновых жидкокристаллических матриц (0.7-1.8 дюймов).

Рис.7 – Устройство матриц LCD проектора
Световой поток возникает благодаря световому излучению лампы с помощью конденсатора. Из этого потока дихроичные зеркала-фильтры разделяют три цвета (красный, синий, зеленый), а затем направляют их на соответствующие LCD матрицы