Публикации сообщества

Татьяна Волкова • 7 октября 2022

Несложный оптический трюк: мини-проектор

Продолжаем рассказ о том, как проводить забавные эксперименты при помощи смартфона. Первая часть была про 3D-голограммную пирамидку.

Следующая лекция из видеокурса «Galaxy Upcycling – новая жизнь старого смартфона», также представленная на YouTube канале «IT ШКОЛЫ Samsung» - о том, как сделать мини-проектор:

Да, он показывает видео на стене! Пусть и не лучшем качестве. Причем изображение на стене будет гораздо крупнее того, что видите на экране смартфона, то есть свою задачу он выполняет. Здесь по-честному.

 

Конструкция такая: коробка из-под обуви, с крышкой, выкрашенная изнутри черной гуашью, с линзой в отверстии. Внутри подставка для смартфона. Подставка не фиксированная, подвижная, чтобы менять расстояние до линзы.

 

Что понадобится:

  1. Смартфон любой модели

  2. Коробка из-под обуви. Рекомендую взять компактную, не сильно широкую. Но в нее, конечно, должен пролезать смартфон.

  3. Линза. Подойдет лупа для чтения. В продаже можно встретить трехкратные, с ними вы тоже можете сделать проектор, правда с удручающим качеством картинки. Поэтому рекомендую 7-кратную, она ненамного дороже. Проектор будет как настоящий!

  4. Ножницы

  5. Скотч

  6. Черная гуашь

  7. Кисть

  8. Маникюрные ножницы

  9. Канцелярский нож

  10. Карандаш

  11. Картон, чтобы сделать подставку для телефона

Приступаем. Берем коробку. Исхожу из того, что вы не хотите портить лупу и отпиливать у нее ручку - все-таки это полезная в хозяйстве вещь.

 

Поэтому придется взять коробку побольше, в которую лупа свободно помещается вместе с ручкой. Это скорее коробка от кроссовок или от сапог. Когда выбираете коробку, примеряйте лупу, чтобы подходила по размеру.

 

Чтобы вырезать отверстие, я разобрала коробку и отрезала лишние боковые стенки и верхнюю часть, потому что иначе линза не входила. Главное, что коробка все еще закрывается и не разваливается на части.

Нарисуем отверстие для линзы. Это сделать сложно, если нет циркуля. В этом случае найдите круглый предмет по диаметру немного меньше линзы - чашку, крем, бутылку. Мне идеально подошла стеклянная банка для туши. Здесь важно, что отверстие меньше линзы, потому что в коробку должно проникать минимум света, поэтому никаких свободных краев.

 

Теперь рисуем отверстие и вырезаем его. Картон толстый, ножницами будет трудно сделать это аккуратно. Я решила воспользоваться канцелярским ножом, но будьте осторожны, не порежьтесь. Другой вариант, если боитесь испортить стол: ножницы, только лучше не канцелярские (они большие), а маникюрные: ровнее получится вырезать окружность.

 

Теперь пристраиваем внутрь лупу. Возьму ленточку тонкого скотча и надрежу через промежутки, чтобы получились такие лепестки.

 

Отгибаем в стороны всю эту красоту. Приклеили, вот так линза держится.

 

Итак, исходим из того, что линза держится в коробке, и осталось придумать, как закрепить смартфон. Но хорошая новость в том, что вы уже можете протестировать конструкцию!

Для этого запустите видео, к примеру, с YouTube, на смартфоне. Желательно мультфильм с яркими заметными цветами. Яркость экрана поставьте на максимум. Пробовать нужно в темноте. Поставьте смартфон внутрь коробки и запустите видео.

 

Двигая смартфон вперед-назад рукой, заметите, что видео вдруг приобрело резкость. Вау! Вы проецируете мультфильм на стену!

 

Если не работает, то вероятно вы: криво закрепили линзу, взяли линзу с небольшим увеличением, неровно держите смартфон.

Итак, первый рабочий прототип готов! Теперь начинаем доводить наш мини-проектор до совершенства!

Чтобы не мешали посторонние отражения от стенок коробки, проектор стоит покрасить черной краской внутри или обклеить черной бумагой. Никаких щелочек быть не должно. Заклейте все отверстия в коробке. Я беру гуашь и кисточку, и будем заниматься приятным делом - красить коробку изнутри.

 

Смартфон неудобно держать рукой. Он должен стоять сам внутри коробки, поэтому будем делать для него картонную подставку. Мне было лень клеить отдельную конструкцию, и я сделала подставку, разрезав ненужную картонную коробку. Смартфон перевешивает подставку, поэтому утяжелите ее или сделайте из остатков картона опору. А сам смартфон приклейте к подставке скотчем.

 

Ну и последнее. Картинка должна быть вверх ногами, поэтому “защелкните” экран, чтобы автоповорот экрана не срабатывал. Это доступно не на всех версиях Android. В поздних такая фича есть, а вот в ранних - нет. Если защелкнуть экран не получается стандартным способом, скачайте приложение из Play Market наподобие Ultimate Rotation Control.

Ура! Самодельный проектор готов и работает! Конечно, он не заменит настоящего проектора. Но зато вы собрали его сами.

А теперь, когда всё получилось и пора хвастаться друзьям своим самодельным проектором, давайте разберемся, как же тут всё устроено.

Как это работает

Здесь ответы на два базовых вопроса:

  • почему изображение после линзы вверх ногами

  • на каком расстоянии расположить смартфон

Чтобы объяснить, я нарисовала картинки в онлайновом Open Source-симуляторе Ray Optics Simulator.

Это физика, 8 класс. Линзы бывают собирающие (слева) и рассеивающие (справа).

 

В нашем случае мы имеем дело с собирающей двояковыпуклой линзой.

Фокус линзы - это точка, в которой соберутся лучи после прохождения через собирающую линзу. Представим, что пустили пучок лучей, идущих параллельно. Лучи прошли через линзу и оказались вот тут, в фокусе.

 

Через оптический центр линзы лучи проходят без преломления.

 

Эта линия еще называется главная оптическая ось линзы.

 

Посмотрим, как будет формироваться изображение точки, лежащей не на главной оптической оси линзы, а в стороне от нее. 

 

Луч, проходящий через оптический центр линзы, пройдет прямолинейно.

 

А другой луч переломится через линзу и пройдет через фокус. На пересечении этих двух лучей и будет изображение точки.

 

Теперь уже нетрудно понять, как формируется изображение. Предположим некий предмет. Для определенности, поставлю его на расстоянии, превышающем фокусное, но не сильно. Дальше объясню, почему.

 

Рисуем путь лучей, как в предыдущем примере с точкой. Первый луч проходит через оптический центр линзы.

 

Второй луч проводим перпендикулярно линзе, дальше он преломляется и идет в точку фокуса. На пересечении этих двух лучей и получается точка.

 

Опускаем из нее перпендикуляр. Вот так будет выглядеть изображение. Видим, что оно увеличенное.

 

Далеко не всегда картинка будет увеличенная, и вы можете убедиться в этом, проводя эксперименты с самодельным проектором.

  1. Предмет в фокусе. Тогда изображение отсутствует. Видите, что здесь нет пересечения.

 
  1. Предмет между фокусом и двойным фокусом. Изображение перевернутое, увеличенное.

     
  2. Предмет в двойном фокусе. Изображение перевернутое, равное.

     
  3. Предмет за двойным фокусом. Изображение перевернутое, уменьшенное.

     

Человеческий глаз тоже устроен как линза, и изображение попадает на нашу сетчатку перевернутым. Но мозг научился переворачивать изображение.