手机端
or

欢迎您加入我爱方案网QQ群

1.智能产品外包服务群(311606115)
2.嵌入式项目开发群(491609563)

不花冤枉钱 自己动手制作投影机

我爱方案网| 投影机,| 2012-03-31
5656 收藏
分享到: 
每日精选
热门文章
热门方案
中心议题:
    *  投影机的内部结构
    *  投影机的工作原理
    *  投影机配件的选择

解决方案:

尽管投影机的价格逐年下滑,但是动辄几千上万元的投入还是让不少囊中羞涩的DIY玩家近而远之。因此,自己动手组装投影机的想法不时出现在一些高端DIY论坛上,同时相关的制成品以及详细的过程介绍也纷纷涌现,吸引了大批DIY玩家。而今天我们介绍的是一个资深DIY玩家自己动手组装投影机的过程,希望更多人对制作投影机有个初步的了解。

大屏幕一直高清玩家的永恒追求。这是因为大屏幕显示设备在营造现场氛围和震撼场景方面具有不可比拟的优势:电影或者游戏中的人物和真人一般大才过瘾!所以有人预言:显示设备的下一个王者将非投影机莫属。

但是,面对投影机,特别是高清1080p投影机昂贵的售价,大多数人都只能望洋兴叹。是什么原因导致投影机在现阶段还不能走进普通千家万户呢?根本原因还是价格和技术垄断。尽管投影机的价格逐年下调,最近甚至还出现了万元以下的1080p产品,但是对于大多数人而言,这个价格还是让人有些难以“下咽”。再加上除了投影机本身之外,投影机灯泡的价钱也是必须要考虑的。往往一个灯泡的价格比一台液晶显示器还贵。因此,对于工薪族
来说,品牌投影机起码在现阶段仍属于高消费品。

不过这两年,国内突然刮起了一股自制液晶投影机的旋风,用一千多元的价格便能自制一个效果相当不错的液晶投影机。这个消息着让不少一直梦想着有大屏幕(起码要有80寸以上)显示设备的电影迷兴奋不已,笔者也属于其中的一员。在经过一番摸索之后,笔者在自制投影机方面积累了一定的经验。很多人可能觉得,这种自制投影机一定难度很高,其实在弄清投影机原理之后,您也许就不这么认为了。

投影机的内部结构

笔者之前也尝试过制作普通金卤灯投影机,因此有一定经验。就自制投影机的经验而言,只要制作者熟悉投影机的工作原理和内部结构,90%以上的玩家都可以DIY成功。原因很简单,就是投影机的原理本身很简单,制作过程几乎不决定成败,只是对最终的效果有影响,如亮度、对比度、亮度均匀性以及色彩饱和度上的差别。目前,市面上甚至还出现了专为DIY玩家准备的投影机套件,玩家只要按照说明书安装就行了,这也使得DIY投影机变得更轻松。

如果对投影机进行分解,那么将包含四个部分:光源、光学系统、液晶成像系统和电源。其中,最重要、最复杂的是光学系统。首先,需要把点光源汇聚成平行光,然后光线透过液晶面板,通过光学系统汇聚至镜头,最后投射到墙上。光学系统制作的好坏将直接影响最终的实际效果。例如,如果各光学元件中轴线没有重合,那么最后出来的影像就会出现聚焦不准的问题。

 
投影机的工作原理

光学系统主要由镜头、菲镜、聚光镜、反光碗(LED光源可以不用反光碗)组成:反光碗的作用是把灯泡发出来的光线反射到聚光镜中。聚光镜主要是把灯泡和反光碗的光线汇集后投射出来,后菲涅尔透镜的作用就是把聚光镜的光线变为均匀的平行光线照亮整个液晶屏幕;前菲涅尔透镜的作用就是把后菲涅尔透镜和含有图象的平行光线再集中在镜头中,然后通过镜头把液晶上的画面放大投射在幕布上。

液晶成像系统主要由液晶面板和信号驱动控制电路组成。其中,驱动控制面板上有很多输入信号接口,把外来的电视信号、DVD、VCD、HDMI、DVI、VGA以及色差等信号转化为液晶面板所能识别的控制信号。液晶面板是显示的终端设备,投影机的性能指标主要是由它来决定的。

除了光学和液晶系统之外,还需要注意到就是散热系统的布局。普通投影机由于使用的灯泡功率很高,必须进行散热,这就要涉及到对整个投影机散热的布局进行规划,风扇的位置和数量是事先必须确定的。相比传统投影机而言,LED投影机就不需要太考虑散热问题,制作过程有所简化。
 

对投影机原理、内部结构和制作前的规划是自制投影机的必修课,如果这部分的知识你都了解了,那就可以进入到配件的选购阶段。不要小看选购,这里面涉及到很多方面的知识,比如光源、液晶屏以及镜头等,因此有必要做一些了解。

投影机配件的选择

1.光源

投影影像的质量取决于光源。从光学的原理中我们知道,光源有两个重要指标:强度和色温。事实证明,一台较高指标的液晶投影机,它的光源应该是又亮又白。所以,我们在自制投影机时,很大的一部分精力和费用是用在提高光源的亮度和“白度”上的。

提高亮度看起来似乎很容易,只要增大灯泡的功率就可以了,但实际上并不简单。即使撇开能耗不说,温度就是一个大问题。散热问题解决不好,液晶屏就不能正常工作。亮度高了温度就高,散热不好就会烧坏液晶屏,亮度低了又达不到观看效果,所以亮度要掌握在一个合适的“度”以内。

国际上规定了 A、B、C、D、E五种标准白色光源,其中E光源是最理想的白光,色温约6000K,非常接近自然光。鉴于投影机所需要的小体积、高亮度、长寿命和较高色温的要求,我们现在用于自制投影机的光源不外乎有三种。

低压卤素灯,即电影放影用金属卤化物灯,电压为12V~48V,功率为100W~400W之间。这种灯的特点是体积小、亮度高,亮度和色温均能满足自制投影机的要求。特别是它无需复杂的驱动电路,而且造价特别低廉,缺点就是灯泡的寿命较短。

笔者自制的LED光源,由704颗LED灯组成

如对亮度和色温要求较高,就得使用高压金属卤素灯。它的内部充有水银、氩气和金属化合物,在高压作用下水银蒸汽放电同时激发各种金属蒸汽放电产生强烈的弧光。这种灯包含了可见光全范围的发光频谱,可以发出亮丽的白光且发光效率高,是目前主流商务投影机的主要光源。使用这种光源时应特别注意,一是点亮时发热厉害,绝不能用手触及;二是有大量红外线及和紫外线,不能用眼睛直视;三是需要很高的触发电压;四是不能瞬间点燃,要有1~3分钟的预热。主流商务投影机为提高清晰度和亮度,多数采用三片液晶板,其光源也采用三路架构,灯泡发出的光经冷光反射镜、滤光片、分色镜、反射镜、聚焦镜或分光棱镜,最后通过投影镜头投向影幕,其光源结构异常复杂,调整也异常繁琐,业余条件下根本无法做到。业余制作主要采取单路光源单片液晶结构,即灯泡发出的光经过冷光反射镜、隔热镜、聚焦镜、液晶屏、镜头,结构简单、调整方便。

电路板是笔者自已用喷墨式打印机印底片,用感光板晒, 再用蚀铜水蚀出来的。所有的洞也是人手用电钻很辛苦弄出来的,花费10个多小时。电路板有两块,主要是用来散热。

除了前面介绍的两种光源外,LED光源不能不提。它是目前最受关注的光源之一。它的优点很多:节能、无辐射、发热量小、工作电压低、启动快、色温纯正,是未来投影的首选光源。但是,从目前来看,亮度低是目前LED光源最大的通病,而高亮度的LED模块价格昂贵,作为业余制作显然不太合适。自己动手制作亮度较高的LED模块工序较为复杂。以笔者自制的LED模块来说,就用到了704颗5mm LED灯泡,光是为了安置这些小灯泡而在背板上钻孔就花去了不少时间,如果你对自己的动手能力非常自信,而且有充足的时间可以尝试一下。
 

光源的结构现在一般分为直投和反射式两种。前者采用聚光碗反射、聚焦镜聚光,光的利用率高,用功率较小的灯泡就能得到较为理想的光照亮度。但缺点就是亮度均匀性不易做好,而且辐射面小,主要用于10英寸以下的液晶投影设备。后者则是采用凸透镜加菲涅尔透镜的灯箱式结构,辐射面大,亮度均匀性可以做到很好,适用于10英寸以上的液晶屏,同时散热效果也好,可以使用大功率灯泡。大多数情况下自制投影机都采用直投。不过,特别要提醒大家的是,使用直投式时要特别注意各光学元件中轴线的重合和焦距的准确,否则就会出现图像发虚、暗角等问题。除了上面介绍的外,关于投影系统光源问题还有很多,如灯丝的类型、反光碗、隔热镜,尤其是光源的散热问题等,有兴趣的朋友可以做更多的了解,就不再这里骜述了。

2.液晶屏

彩色液晶屏是投影机最核心的部件,它的性能决定了投影机的各项指标。从驱动方式来分分为模拟屏和数字屏两种,目前用来做液晶投影的大都是数字屏。最常用的是TFT数字屏,即每个像素点都用一个薄膜晶体管来驱动。

自制投影机选择液晶屏应该满足以下条件:

1.真彩数字TFT屏,并能拆除背光;

2.价格适中;

3.在体积尽量小的情况下像素要尽可能的高;

4.对比度要尽可能的高。对比度也是制作投影的一个重要参数。做投影的液晶屏的对比度最低要达到250∶1,太低的对比度做投影就没有什么意义了,所以在选择液晶屏时一定要注意液晶的对比度这个参数。


目前市面上符合上述要求的液晶屏大概有以下几种:元太3.5英寸液晶屏,物理像素是640×480;夏普6.4英寸专用液晶屏(800×600)、日立、松下、东芝的7英寸液晶屏,分辨率都为800×480。除此之外还有东芝的8.4英寸(800×600)和8.9英寸高清屏(1024×600)、三星的10.6英寸液晶(1280×768)。发烧级的还有三星、东芝、夏普、日立的15.4英寸液晶屏,物理像素可达1920×1200,是制作高清投影机的不二选择。上述几种屏性能的共同特点是:均是数字TFT显示屏,像素适中,安装简便,且价格较低容易被接受。

为了满足我们这种DIY玩家的需求,部分商家出售的液晶屏还特意拆除了背板,只保留了液晶屏和驱动电路,很明显就是冲着我们这些DIY爱好者或者是一些工程上有特殊需求的用户来的。因此,在选购液晶屏时不妨多走几家门店详细了解一下各种屏的实际情况。

3.镜头

相信大多数DIY朋友对投影机产品的光学镜头都会感到陌生,因为产品相对还不够普及。而且当你看到实物时,会很自然地产生一个疑问,那就是投影机的镜头与一般的数码相机的镜头有什么区别?

从原理上来说,数码相机(DC)和投影机的镜头(如图5所示)都是光学镜头,都是利用了光的折射原理,本质是相同的。但是,由于投影机与数码相机之间的应用性质以及所要取得的效果不同,它们各自会在具体的细节设计与功能上表现出差异。


首先,最明显的区别是有无光圈这个部件。对于DC,由于感光器件(CCD或者CMOS)的感光范围非常狭窄,所以需要一个在外界光线超过感光器件的感光范围时控制入射光线数量的器件,这就是光圈。它是由一组很薄的弧型金属叶片组成的,被安装在镜头和透镜的中间。用户可以通过调整光圈,使这些叶片均匀的开合,形成大小不同的光孔,控制进入的光线,以适应不同的拍摄要求。应该说只要是相机,都会有光圈。但目前来说,绝大部分投影机镜头是没有光圈的。只有极少数几款产品的镜头使用了光圈,比较典型的是松下PT-AE700,它使用了“动态虹膜”技术。该技术是一种可随投影图象亮度而扩张、收缩的光圈。目的是在暗背景下,收缩光圈,使投射出的光线成倍减少,提高了影像的质量。
 

其次,是否支持高倍变焦也是两者比较明显的区别之一。投影机一般是定焦镜头,即便使用的是变焦镜头,其变焦比一般也不大于2。而一般的民用级数码相机变焦比一般都在3以上,只有极少数的数码相机采用定焦镜头或变焦比小于3的镜头。

另外,镜头口径也是区分投影机镜头和DC镜头的最明显的标志,投影机的镜头口径一般都比较大。一方面是因为投影机的感光芯片(LCD、DLP)都比较大,在获得同样光圈时所需的镜头口径相应地就大。投影机在满足人们观看要求时需要足够的的光通量,如果光通量不足,是完全没有办法补救的,所以在设计时就要求使用大光圈、大镜头和大灯泡等措施来保障最低亮度值的实现。不过,并不是对上述三项参数都取最大值,而是在价格与性能之间寻找一个最佳的平衡点。

实际制作流程

在我们详细了解了投影机的原理及其内部最重要的光源、液晶屏和镜头三大组件,并顺利采购到相关的配件之后,就可以开始动手制作了。整个过程大概分为以下几步:
1.拆液晶屏背光板
2.测试液晶屏
3.研究和确定总的架构(包括光路结构、电路结构、所有部件的安装位置等)
4.将所有需要电线的元件按需要焊接好电路
5.安装液晶屏和菲镜
6.安装固定液晶电路板
7.安装透光镜、反光碗、灯泡和风扇
8.固定连接所有电子元件
9.安装反光镜、镜头
10.试投、调试

由于每个人的习惯不同,流程也许会有所差异,但大致的过程不会有太大的出入。为了让更多DIY玩家了解整个流程,我们还是从第一步拆除液晶屏背板开始。

1.拆液晶屏背光板

投影时液晶屏的背光组件要拆除。具体做法是:用合适的螺丝刀取下液晶屏周围的固定螺丝。一定要小心,用力要均匀。螺丝取完后开始取下固定的金属架。金属架上有几个小扣和液晶屏上的塑料卡扣扣在一起,要用指甲轻轻搬开,慢慢就可以取下固定金属支架。把金属支架取下后,就慢慢用手把液晶屏和背光分离。要非常小心,因为液晶的边上有胶和背光板粘在一起,液晶和背光板分离后的样子如图6所示:

 
2.撕防眩膜

因为液晶屏一般是用在显示器上的,为了增加可视角度,液晶屏的表面一般有一层磨沙层(防眩光层),会对亮度造成一定的影响,所以一定要把磨沙层撕掉。具体方法是:用一个小容器,装适量的水(40℃左右),把取下的液晶屏泡在水中(注意:千万不要把和液晶屏相连的小电路板也泡在水里,造成电路板损坏以致整体报废)。目的就是要把液晶屏表面的防眩光层泡软,容易从液晶的偏光片上分离。等液晶在水里泡了6个小时左右,把液晶拿出来用干净的软布搽干。然后在桌子上铺一层软布,把液晶屏表面朝上摆放,然后用小刀从液晶表面的边缘轻轻挑起磨沙层的一角,慢慢地用手撕掉就可以了。(注意不要把偏光片撕下来,磨沙层很薄,而且注意不要弄断液晶玻璃和电路板的软排线。)

 
撕掉防眩膜后保留液晶屏的塑胶外框架,把中间挡住液晶玻璃的多余部分切除,然后把液晶玻璃装回到塑胶外框架中,再用金属支架对液晶屏进行固定。把装好后的液晶组件正对有光的地方,看有无其它东西挡住液晶屏。如果有,则要切除多余的部分,保证没有任何东西挡住液晶的透光部分。也就是说,所有能显示图象的部分都不能有东西挡住。

3.安装LED

把之前做好的金卤灯安装在一个合适的铝合金散热板上面。安装时注意金卤灯的底板一定要涂上导热硅脂,便于和铝合金框架接触良好,有利于散热,并用螺丝固定。

4.安装光学配件
 

首先根据光学配件的大小和原理图设计好机箱,尽量缩小机箱的体积,这样显得更美观。本文使用的是笔者自制的铝合金机箱。因为使用的是金卤素灯,发热量大,因此要做好相关的散热措施,特别是在光源、液晶屏等位置。笔者就使用了多达5个风扇来保证投影机内部的正常散热。这需些风扇位的开孔都是事先要做好的。如果使用的是LED光源,这个过程就要简化得多,通常只需使用一个背部风扇就可解决问题,但是也不能掉以轻心。

笔者自做的投影机外壳。其它玩家制作之前,有必要对整个投影机的内部结构做一个规划,比如光源和镜头位置、哪些地方需要散热风扇等,不然后续会遇到很多问题。

接下来是安装镜头。需要注意的是,镜头一定要处于光路的中轴线上,其中心与光路的中心重合,否则就会出现聚焦不准的问题。安装好镜头后,就可以开始安装其它光学配件:先为液晶屏做个支架,把电路板和液晶屏垂直安装好,再安装前后菲镜(注意前后菲镜有罗纹的面是要正对液晶屏的),其中轴线与镜头重合。

安装液晶屏和前后菲镜
 
除此之外还需要注意的是,光源与液晶屏之间的距离一般保持在12cm~15cm之间,这主要由光源的功率来决定,太近容易把液晶屏烤坏。

5.接线

把所有的光学配件安装好后开始连接电路。也可以将各部分的线路接好之后,一步一步地进行安装。先把液晶屏与驱动电路板的线路连接好,然后再接好遥控器插头。再接好灯泡的主电源(如图10所示)。需要注意的是,千万不要接错,烧坏液晶屏就太不值得了。


 6.液晶和驱动电路的测试

连接好液晶、驱动电路板、高频头、高压条、按键板、电源插头(内正,外负极),确定电压的+/-端子连接正确,千万不要接错否则会烧坏电路板。接上电源,使用遥控器开机,驱动电路板上的绿色指示灯亮表示已经开机,液晶的背光点亮,通常是蓝屏。接着将有线或无线TV信号,或者DVD、VCD的视频信号接到高频头和AV端子上,按遥控器模式键转到TV模式,按菜单键二次,就会出现TV调台的菜单,切换到自动搜索,过一会就会自动搜索到相应的电视信号了。
 

7.善后工作

在机箱内的空余位置固定电源和镇流器(如图11所示),它是为灯泡提供工作电压的,体积和重量都不小,固定的时候可要多上几颗螺丝。另外要注意不要让它挡住光路。最后,就是安装开关等善后工作。至此,一款自制投影机就大功告成了。



整个投影机的制作初步完成

8.试投、调试

试用和调试主要是对光路进行再校正的过程。对于初次制作投影机的DIY玩家来说,很难在首次制作中做到很精确。最常见的问题就是聚焦不准,需要对光路进行再调整。这个过程需要足够的细心和耐心,往往需要反复调校多次。本次制作的投影机调校后的效果如图所示,就最后结果而言,笔者对调试后的投影效果相当满意。

静态图像画面,亮度和色彩表现不错
 

 
TV画面测试


 《冰河世纪3》测试画面

制作过程需要注意的问题

1.安装液晶屏要小心操作,避免刮花或损坏液晶屏,毕竟液晶屏的主要材料是玻璃。

2.使用时注意风扇不能出现停转或风力过小等散热不良现象,否则将造成液晶屏永久性损坏。如发现液晶屏出现黑斑应立即关闭电源,仔细检查散热部分,并注意调整好灯泡与灯碗的位置,必要时加上一片隔热玻璃。它能有效增加亮度并降低灯泡对液晶屏的影响,保证使用安全。

3.试验和安装时务必注意电路板和电路的绝缘,以免造成损坏,并危及人身安全。

4.要使用较高质量的信号源,如DVI、VGA、HDMI、HDTV、DVD和正版光盘。低清晰度的节目源会造成液晶板过热损坏,并缩短使用寿命。

5.随意开关电源会对灯泡产生冲击,缩短灯泡的使用寿命。另外,也不要随意加减电压和功率参数,特别是高压灯,绝不允许频繁开关,否则将立即造成损坏。

由于篇幅的限制,本文只是对自制投影机的流程进行了一个大致的梳理,相当于一个自制投影机的经验性文章,其中很多细节没有进行深入的介绍。比如,光路怎么校正、焦距如何确定等,这部分内容还需要玩家自己去摸索学习。学习这部分知识的途径很多,比如相关的DIY投影机论坛(http://diybbs.aa.topzj.com)等,上面有很多玩家自制投影机的展示和相关资料,可以帮助玩家迅速提升投影机制作水平。特别是其它玩家的经验性文章,对初学者来说帮助很大。总的来说,自制投影机没有大家想像中那么难,只要你熟悉投影机原理和内部结构,再加上良好的动手能力,成功率很高。

对于大多数DIY玩家甚至MOD玩家来说,之前也许有不少动手改造和制作的经验,但是相信很少有人想过自己动手制作一台投影机。因为对于一般人来说,投影机还很神秘,了解其原理和内部构造的人不多(特别是光学和电路部分),就更谈不上自己动手来制作了。实际上,如果单纯从投影机的原理和构造来说并不深奥难懂,而且目前还有专门的投影机套件出售,这些都促使更多人加入到自制投影机的行列中来,成功率很高。这对于传统的DIY来说是一个有益的扩展。在这个过程中,玩家不仅可以锻炼动手能力,而且还可以学到很多光学和电路上的知识。因此,我们希望通过这篇文章,让更多的玩家加入进来,把我们DIY精神发扬光大。对于DIY玩家来说,又有什么是不可能的呢!

点赞

深圳市中电网络技术有限公司 Copyright© www.52solution.com 粤ICP备10202284号