Аппаратура статической проекции

Цель работы

Изучить принципы эпи- и диапроекции, устройство и условия применения эпипроекторов, диапроекторов и графопроекторов, получить навыки эксплуатации приборов.

Теоретическая справка

Аппаратура статической проекции.

«Волшебные фонари» – так раньше называли проекционные аппараты – появились в России в первой четверти XVIII в. В то время применяли в основном диаскопические проекционные аппараты с простейшими объективами и корпусами из дерева, жести и листового железа. Источниками света для этих аппаратов служили керосиновые светильники или газовые горелки.

Широкое применение проекционный фонарь получил в университетах и гимназиях, где его использовали для демонстрации опытов по физике и химии. В это же время в России начинали изготовлять в сравнительно большом количестве проекционные аппараты различных моделей. Это были всевозможные пантоскопы, мегаскопы, фотоскопы, афенгескопы и др.

Все проекционные аппараты, которые применяли в России в разное время, можно разделить на две большие группы: аппараты с одним объективом и одним источником света и аппараты с несколькими объективами и несколькими источниками света (полиорамы).

В 1895–1898 гг. русскими изобретателями Е. А. Малиновским и Н. А. Пашковским были разработаны и изготовлены, а позже усовершенствованы первые эпипроекционные аппараты, т.е. проекционные аппараты, служащие для показа непрозрачных иллюстраций. Эти аппараты применяли в малых аудиториях или для индивидуальной работы, так как они давали изображение на экране не более 70×70 см.

Первые, диафильмы на 35-миллиметровой целлулоидной пленке появились в России в 1904–1905 гг., и назывались они «проекционные фотограммы».

Аппараты для статичной проекции применяют в учебных заведениях и в настоящее время они не утратили своего значения при проведении уроков и самых разнообразных внеклассных мероприятий.

Аппаратура статической проекции применяются для получения на экране или иной рассеивающей поверхности увеличенного изображения различных объектов. По характеру проецируемых объектов и построению осветительно-проекционной системы проектора различают два принципа проекции – эпипроекцию и диапроекцию.

Эпипроекцией –называется получение на экране увеличенного изображения объекта проекции, выполненного на непрозрачной основе, изображение которого образуется отраженным от непрозрачной основы световым потоком.

Оптическая схема эпипроектора состоит из осветительной и проекционной систем. Осветительная система прибора состоит из зеркального отражателя 2 (рис. 1), направляющего световой поток, излучаемый проекционной лампой 3, на плоскость предметного стола 4. Изображение объекта через проекционную систему, состоящую из зеркала 1, расположенного под углом 45°, и объектива 5, проецируется на экран 6.

Рис. 1. Осветительно-проекционная система эпипроектора: 1 – плоское зеркало;
2 – зеркальный отражатель (рефлектор); 3 – источник света; 4 – объект проекции;
5 – проекционный объектив, 6 – изображение объекта проекции; 7 – проекционный
экран; 8 – потери светового потока

Большое рассеивание света, отраженного от непрозрачной шероховатой поверхности, на которой изображен объект проекции и мощный источник света позволяют исключить из оптической схемы эпипроектора конденсор, который в диапроекторах обеспечивает равномерное освещение объекта проекции.

Объектами эпипроекции являются: фотографии, открытки, иллюстрации, схемы, графики, формулы, текст, рисунки и другие объекты, выполненные на непрозрачной основе.

Эпипроектор – оптико-механический прибор, работающий по принципу эпипроекции и предназначенный для проецирования на экран непрозрачных объектов в затемненном помещении.

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 (рис. 2).

Объектами диапроекции являются: диафильмы, диапозитивы, кадры фильмов, транспаранты и другие объекты, выполненные на прозрачной основе.

Диапроекция применяется в диа- и кинопроекторах, видеопроекторах, фотоувеличителях, графопроекторах, микроскопах и др. Яркость изображения при диапроекции значительно выше, чем при эпипроекции, при равных светосиле оптической системы и мощности источника света, т.к. потери света при диапроекции значительно меньше.

Диапроектор – оптико-механический прибор, работающий по принципу диапроекции и предназначенный для получения на экране, увеличенного изображения объекта проекции в затемненном помещении.

Рис. 2. Осветительно-проекционная 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

Для более рационального использования светового потока, создаваемого источником света, в диапроекторе применяются специальные приспособления. Источник света 1 (рис. 2), излучающий световую энергию во все направления, располагают в фокусе сферического зеркального отражателя 1. Благодаря этому значительная часть излучаемого назад света направляется вперед на объект проекции. Перед источником света находится конденсор, обычно состоящий из двух линз. Конденсор – оптическая система, предназначенная для равномерного освещения объекта проекции. Источник света располагается в фокусе первой линзы 3 так, что лучи, выходящие из фокуса первой линзы образуют параллельный световой поток. Вторая линза 5 преобразует этот световой поток в сходящийся. Объектив располагается приблизительно в фокусе второй линзы конденсора. В конструкцию конденсора, как правило, входит теплозащитный фильтр, предназначенный для предохранения диапособия от перегрева и деформации. Теплозащитный фильтр изготовляется из особого стекла, не пропускающего инфракрасное (тепловое) излучение.

По степени автоматизации процесса смены кадров и фокусировки 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.

Объектив – оптическая система, обращенная к объекту проекции (съемки или наблюдения) и образующая его оптическое изображение.

Световые лучи, параллельные оптической оси, после прохождения через объектив (рис. 3) собираются в точке F, называемой фокусом. Расстояние от фокуса до главной плоскости оптической системы называется фокусным расстоянием.

Рис. 3. Прохождение лучей через объектив: 1 – главная плоскость оптической системы,
F – фокус объектива, f – фокусное расстояние.

Объект проекции располагается перед объективом на расстоянии, составляющем от одного до двух фокусных расстояний ( ). Изображение формируется за объективом на расстоянии, превышающем ( ), и является действительным, увеличенным и перевернутым.

Фокусировка объектива (наводка на резкость) осуществляется перемещением оптического блока объектива или какой либо его части вдоль оптической оси для совмещения создаваемого объективом оптического изображения объекта проекции с поверхностью экрана.

В соответствии с рис. 4 имеем следующую формулу для увеличения линзы:

Рис. 4. Определение размера проецируемого изображения: G – размер предмета,
B – размер изображения, g – расстояние от предмета до главной плоскости оптической системы, f - фокусное расстояние, b – расстояние до изображения

; из чего следует, что ;

после деления на g и перестановки получаем основную формулу линзы:

Определение размера проецируемого изображения:

где: b – увеличение; b – расстояние до изображения; f – фокусное расстояние.

преобразуя формулы линзы, получаем:

отсюда:

Для приближенной оценки расстояния от объектива до экрана пользуются соотношением, полученным из условия хорошей видимости изображения:

,

где b – расстояние от объектива до экрана, h – высота изображения на экране.

Графопроектор (кодоскоп) – оптико-механический прибор, работающий по принципу диапроекции и предназначенный для проецирования на экран объектов, выполненных на прозрачной основе, непосредственно во время демонстрации или заранее подготовленных транспарантов. Прибор можно использовать в незатемненных помещениях, избегая попадание прямых солнечных лучей на экран.

Графопроектор работает по принципу диапроекции. Графический материал, находящийся в кадровом окне, проецируется на экран. Так как объектив имеет зеркало, то изображение на экране получается прямым, а не перевернутым, как при диапроекции. Осветительно-проекционная схема графопроектора приведена на рис. 5.

Рис. 5. Осветительно-проекционная система графопроектора: 1 – поворотное зеркало;
2 – объект проекции; 3 – конденсор; 4 – источник света; 5 - зеркальный отражатель
(рефлектор); 6 – проекционный объектив; 7 – изображение объекта проекции; 8 – проекционный экран; 9 – светофильтр