投影机制作入门

投影机制作入门

现在的显示设备，显示尺寸是越来越大，就液晶显示器而言，屏幕尺寸一路攀升。对于一般的学习用户来说，过大的屏幕其实没有必要，而且因为视角的原故，还不方便。但是对于热衷于电脑家庭影院和电脑游戏的用户来说，大屏幕是他们永恒的追求。这是因为大屏幕显示设备在营造现场氛围和超级震撼的情景这方面相对于小屏幕显示器具有不可比拟的优势：哪怕电影或者游戏中的人物和真人一般大才过瘾呢！所以有人预言：显示设备的下一个王者将非投影机莫属！

那么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，尽管现在的投影机价格不断地的下调，但是一台具备基本的电脑显示要求的640*480像素的品牌投影机价格仍然近万元！如果是800*600分辨率的话，价格更高！另外，一只液晶投影机用的灯泡售价达两三千元！相当于一台液晶显示器的价钱了。因此，对于工薪阶层来说品牌投影机起码在现阶段仍属于高消费品。这两年，突然在国内刮起了一股自制彩色液晶投影机的风来，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来。这个消息着让我这个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。在经过一番努力之后，终于自制成功了一台自已的液晶投影机，使用效果不错。现在来看看具体的制作方法：很多人可能觉得，这种制作一定具有很高的难度，其实在搞清液晶投影机原理之后，您也许就不这么认为了

一、投影机基本原理（如图）

投影机的基本原理是利用投影灯泡发出的强光把液晶显示片上的图象照射到镜头上，然后通过镜头把放大了的图象投射在幕布上，主要由：光源系统、光学系统、液晶成像系统、主电源系统组成。

主电源主要由开关变压器和插座、保险、供电线路组成，其作用就是提供投影机各部分需要的各种高低压交直流电源。

2、光学系统主要由镜头、菲镜、聚光镜、反光碗（用LED做光源可以不用反光碗）组成：反光碗的作用就是把

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集中后投射出来，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，我们就可以看到一幅幅活动的大影象了。

3、液晶成像系统主要由液晶面板、驱动板组成。其中驱动板上有很多输入信号接口，作用是把外来的电视信号、DVD、VCD信号、HDMI信号、DVI、VGA、色差信号通通转化为液晶面板所能识别的控制信号，液晶面板（显示器）是显示的终端设备，液晶显示器主要由一块液晶屏（现在的液晶显示器所用的液晶屏一般TFT真彩屏）和一个背光装置。TFT液晶屏是由成千上万个薄膜晶体管组成的，这种薄膜晶体管在外加电场的作用下会产生不同的透光量。TFT液晶屏正是靠这种透光量的变化来显示图像的，其中每一个薄膜晶体管就是我们常说的一个“像素”。当然，仅靠液晶屏是不可能让我们的眼睛感知道的图像的，因为液晶屏本身不发光，也就是说，必须让一定的光线透过液晶屏才能表现出这种透光量的变化。所以LCD都必须有一个背光装置，在液晶显示器（LCD）中，背光装置是几个“U”形或者“S”形的低功耗CCFL管配合匀光板做成的，它发出均匀的白光透过液晶板后让我们可以明显地看到透光量的变化从而获得图像信息。

二、

材料的选择

1、

液晶屏的选择：

彩色液晶屏是彩投的基础，它的性能决定彩投各项指标的上限，从驱动方式分为模拟屏、数字屏两种，目前作液晶投影的大都是数字屏，数字屏由于技术的进步和价格的降低已经大量使用。比较先进的是采用TFT有源驱动方式的液晶屏，即每个像素点都用一个薄膜晶体管来驱动，由于晶体管的高速开关性能，控制液晶屏成为快速的光阀门，产生的图像清晰而明亮，有效提高图像的质量。

业余爱好者自制彩投的屏应该满足以下四个条件，首先必须是真彩数字TFT屏并能拆背光，其二是价格不能过高，第三是体积不能太大而像素要尽可能的高。符合上述三个要求的真彩屏有元太 3.5英寸屏，物理像素是640*480；SHRAP6.4寸专用投影屏800*600，日立7寸800*480，松下7寸800*480，东芝7寸800*480，东芝8.4英寸800*600；东芝8.9寸高清屏物理像素1024*600；三星10.6寸，物理像素1280*768，发烧级的还有SAMSUNG、TOSHIBAI、SHARP、HITACHI、15.4寸，物理像素1920*1200。上述几种屏性能的共同特点是：均是真彩数字屏，输入口少，像素适中，安装简便，且价格较低容易被接受。其四液晶的对比度要高，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。所以在选择液晶屏的时候一定要注意液晶的对比度这个参数。

2、光源:

图像的质量取决于光源的质量，从光学的原理中我们知道，光的性能中有两个重要指标，一是光的强度，二是光的色温，可以用一句简单的话来概括，即光的强度就是它的亮度，光的色温就是光线中各单色光所占的比例。事实证明，一台较高指标的液晶彩色投影机，它的光源应该是又亮又白。所以，我们在自制彩投时，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，因为即使撇开能耗不说，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，亮度低了达不到观看效果，所以亮度要掌握在一个合适的“度”的范围内。光源的“白度”即光的色温，色温低的白光所含的红、黄色的成分较多，颜色偏橙色，色温高的白光所含的蓝色的成分较多，颜色偏紫。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。实践证明，采用灯丝点燃方式的光源，色温较低，一般在3000K以下，颜色偏黄，即色调是暖色，采用高压气体放电点燃方式的光源，色温较高，一般在6000K以上，颜色偏蓝，色调为冷色。暖色调看起来会觉得红色鲜艳些，冷色调更接近自然的颜色，色彩还原更真实，人眼感觉更舒服。普通白炽灯和日光灯因为亮度低，体积大不适于做彩投，鉴于彩投所需要的小体积、高亮度、长寿命和较高色温的要求，我们现在用于自制彩投的光源有几种，一种是采用低压卤素灯，即电影放影用金属卤化物灯，电压12V～48V，功率100～400W，这种灯的特点是体积小、光效高，亮度和色温均能满足自制彩投的要求，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比较短。如对亮度和色温要求较高，就得使用高压金属卤化物气体放电灯作光源，这是一种在灯内充有水银、氩气和金属化合物的灯，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弧光的灯。这种灯包含了可见光全范围的发光频谱，具有鲜明的白色光且发光效率高，成为商品彩投的主流光源。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；二是点亮时有大量红外线及紫外线，不能用眼睛直视；三是有很高的触发电压；四是不能瞬间点燃，要有1～3分钟的预热。商品彩投为提高清晰度和亮度，多数采用三片液晶板，其光源也采用三路结构，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、镜头投向影幕。结构简单、调整方便，适于业余自制。

光源结构上现在一般分为直接投影式和反射投影式两种，前者采用聚光碗反射、聚焦镜聚光的方法，光的利用率高，用较小功率的灯泡就有较强的照度，但其光平衡不易做好，辐射面小，主要用于10英寸以下液晶，后者是采用凸透镜加菲涅尔透镜的灯箱式结构，辐射面大，光平衡度很好，适用于10英寸以上彩屏。散热效果也好，可以使用大功率灯泡，但光利用率稍低，特别要提醒大家的是，在调整直接投影式彩投时要特别注意各光学元件中轴线的重合和准确的相对距离，否则就会出现图像发虚、暗角等问题。关于彩投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。还有一种是LED光源，目前深圳已经有100W和50W的单颗LED产品了，亮度高达5000流明，色温也比较合适，而且LED有很多优点：节能、无辐射、发热小、工作

电压低、启动快、色温高，是未来投影的光源的首选。

3. 镜头:

相信多数DIY朋友对投影机产品的光学镜头都会感到陌生，因为产品相对而言还不够普及，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是不是一样的，或者是有什么联系与区别？

从原理上来说，数码相机、投影机的镜头都是光学镜头，都是利用了光的折射原理，都用到了透光镜，它们的本质其实是相同的，这是它们二者作为一种最基本的光学器件意义上的相似点。但由于投影机与相机之间的应用性质不同以及所要取得的效果也不同，因此它们各自会在具体的细节设计与功能上表现出不同之处：

第一个区别是有无光圈这个器件：对于数码相机来说，由于感光器件（CCD或者CMOS）的感光范围是非常狭窄的，所以对于这些设备来说，它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的数量的器件，这就是光圈，它是由一组很薄的弧型金属叶片组成的，它们被安装在镜头的透镜中间。用户可以通过调整光圈值，可以使这些叶片均匀的开合，调整成大小不同的光孔，以控制进入镜头光线，以适应不同的拍摄需要。应该说只要是相机，都会具有光圈。

但目前来说绝大部分投影机没有光圈这个控制光通量多少的器件。不过，由于近几年来投影机技术的发展，光圈也应用在了投影机的镜头上了，比较典型的是刚推出不久的松下PT-AE700投影机，它使用了"动态虹膜"技术，该"动态虹膜"就是一种可随着投影图象亮度而扩张、收缩的光圈，它的目的是在图象出现大面积黑暗的情况下，收缩光圈，使投射出的光线成倍减少，这样就提高了图象的对比度。随着科技的进步，相信类似的光圈技术会使投影机增色不少。

第二个区别是变焦比区别很大：投影机一般是定焦镜头，即便是变焦镜头的投影机，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，只有极少量的数码相机采用定焦镜头或变焦比小于3的镜头。

第三个区别相信见过数码相机和投影机的朋友们都知道，那就是镜头口径的不同：数码相机的镜头一般口径都很小，而投影机的镜头口径都很大。一方面原因的是因为投影机的芯片（LCD、DLP）一般都比较大，一般都是1.3、0.9、0.7英寸，在获得同样光圈时所需的镜头口径就大。而数码相机上的芯片（CCD、CMOS）一般比较小，一般都是1/4英寸，在获得同样光圈时所需的镜头口径小(f值可以简单理解为镜头焦距与光学镜片直径的比值)。为了获得最小的f值（也就是最大光圈），就要尽可能的加大镜头口径。这样就导致了投影机镜头口径相对于数码相机口径比较大。另一方面的原因是满足数码相机内部的芯片（CCD、CMOS）所需的光通量少（不够的话，还可以人工补光。）而投影机在满足人们观看要求时需要的通光量大，并且在投影机亮度不足时是没有办法实施补救措施的！所以投影机在设计时就要用最大光圈（最小的光圈值）、最大的镜头口径、最大的灯功率等措施来保障最低亮度值的实现，在投影机设计时，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。这是现在工业化生产、商人以获取最大利润为目的的特点所决定的。

认识投影机的光圈f值和焦距F值

对于镜头，除了质量上的差异以外，最关键的参数就是光圈f值的大小，f是镜头的通光率。光圈f越大(f 值越小)，镜头的通光率越大。投影机镜头的光圈是用数值来表示的，一般从 1.6-4.0，每一个镜头的最大光圈都用数值标在镜头前。在这里要向大家说明的是，镜头的f值在理想状态下所能达到的值为1.0，受制造工艺、价格因素等制约，f值是永远不能做到1.0的。对于投影机来说，镜头是投影机光路中的最后一个环节，镜头做的好坏，光圈值能否做的最小，和亮度是有直接关系的，光圈的大小和f值成反比，f值越小，光圈越大。投影影象的亮度就高，对于定焦镜头来说，光圈值是一个恒定值，对于变焦镜头来说，通过f值的定义(f值可以简单理解为镜头焦距与光学镜片直径的比值)我们可以看出，由于焦距的改变，它的数值是是在一个范围内。比如f2.8--f3.4。投影机的光圈值是个非常重要的参数，举个例子，同样的机器，使用f值不同的镜头，其亮度的区别是非常大的！比如f2.8的投影机，就是f4的投影机亮度的二倍，是f5.6投影机亮度的四倍，是f8投影机亮度的八倍……。任何两只镜头，只要它们的f值相同，那么它们所传送的光量就是完全一样的。例如，两只不同的镜头均为f/2.8，那么就会有相同的光量通过镜头到达银幕。不一定投影机镜头大，它的f值就大，它是和镜头的焦距有密切关系的！有可能一支口径小的投影机镜头f值比大镜头的f值还要小，（通光量更大）。

焦距F也是用数值来表示的，通常从50-210，分为短焦、标准和长焦，还有超短和超长焦的。数值越小焦距越短，数值越大焦距越长，投影机对镜头焦距的要求正投一般在50-140，背投一般在35左右，焦距决定了打满预定尺寸时投影机与影幕的距离，焦距越短，投影机与影幕的距离就越近，反之就越远。如果要在短距离投射大画面就需要选择短焦镜头的投影机，反之则需要选择长焦镜头。一般的投影机都为标准镜头

实际使用中如何选择合适F值的镜头

镜头的焦距决定了该镜头在投影机与银幕距离一定的条件下所能形成影像的大小。那么镜头的焦距越短，则投影在银幕上的影像就越大。

在投影机的选择上，在一般的应用场所，在同样的价格上，应优先挑选标准镜头，标准镜头在投射影象的色彩还原、图象几何畸变上是最优秀的！对于狭小的应用空间，要想大尺寸的投射影象，应该优先考虑使用短焦镜头，（当然，条件允许，也可考虑在标准镜头投影机上使用光路折射的方法获得大尺寸投射影象的方法。）对于宽大的应用场所，在资金充裕的情况下，优先考虑长焦镜头，因为这样的安装方式，优点是很多的，首先，投影机的风机噪音在观看者的影响得到了很好的抑制，其次在观看者对投影机的影响（抽烟者的烟灰、就餐者的食物残屑、热饮蒸汽）因素中，长焦投影机的影响是最小的！这也为投影机创造了一个舒适的工作环境，便于投影机的长寿运行。

对于光圈值，目前没有选择的余地，但大家在选择投影机的时候，通过对照不同投影机的光圈值，可以知道自己所确定的该款投影机产品的电源利用率，对于不同光圈值，但亮度一样的投影机产品，光圈值小（光圈大）的投影机产品，其灯的功率一定要小于光圈值大的投影机产品。它的意义在于节能降耗。

一般情况下，高端大型投影机不同品牌一般都可以根据不同图像尺寸的大小及相应的投影距离而更换镜头。根据不同需要一般可换的镜头为：缩短投影距离而应用的广角镜，为缩短背投距离而应用的背投广角镜，为延长投影距离而应用的长焦镜头。这些焦距不同的镜头更换非常方便，一般来说，操作人员在不需要任何工具的条件下只需1-2分钟即可完成。

三、自制彩投应注意的问题

1. 安装液晶屏要小心操作，避免打碎、破裂，因为液晶是用玻璃为主要材料做成的。使用时注意排风扇不能出现停风运行和风力小等散热不良现象，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能有效增加亮度并降低温度，保证使用安全。

2. 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。

3. 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或缩短寿命。

4. 随意开关电源会对灯泡产生冲击，缩短灯泡的寿命，也不要随意增减电压和功率参数，特别是高压灯，绝不允许频繁开关，否则将立即造成损坏。但LED光源例外。

四、LED投影机制作示例（使用8.9寸1024*600液晶屏）

因为做投影时液晶屏的背光组件要拆除，首先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（见图表1）

螺丝取完后开始取固定的金属架，金属架上有几个小扣和液晶屏上的塑料卡扣扣在一起，要用手指甲轻轻撬开，慢慢就可以取下固定的金属架（见图表2）

把金属架取下后就慢慢用手把液晶片和背光分离，要小心，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就是下图右图的样子了：

第二步：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），就好想磨沙玻璃一样的，但如果用这样的液晶屏来做投影，就会影响亮度，所以一定要把磨沙层撕掉，（注意不要刮伤液晶上下两面，否则在投影的时候会留下难看的划痕）具体方法是用一个小容器，装适量的水（40度左右）把取下的液晶刚好泡在水中，（见图表3）注意：千万不要把和液晶屏相连的小电路板泡在水里，否则有可能会损坏液晶的电路板，造成液晶报废。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柔软的布把液晶屏的表面朝上面摆放，然后用小刀从液晶的表面的边上轻轻挑起磨沙层一个小角（见图表4），轻轻的慢慢的用手就可以撕掉

了。（注意不要把偏光片撕下来啊，磨沙层很薄的,而且注意不要搞断液晶玻璃和电路板的软排线，千万小心！！！）

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塑胶外框架，装好金属固定架上好固定螺丝，把装好后的液晶组件对住有光的地方看有无其它东西挡住液晶玻璃，如果有，既要切除多余的部分，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。

第三步：安装LED

把LED安装在一个合适的铝合金散热板上面，安装时注意：LED的底板一定要涂上导热硅脂，便于和铝合金接触良好有利于散热，并上好四个固定螺丝（见图）。

第四步：安装光学配件

首先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，这样显得美观些。本文使用的机箱材料是用PVC做的，因为LED的发热不大，所以比较安全。然后根据配件的尺寸把相应的安装孔开好，把镜头（见图）和风扇安装好，再开始安装光学配件：先把液晶屏做个支架，把电路板和液晶屏垂直支起来安装好，再安装前后菲镜（注意前后菲镜有罗纹的面是对住液晶屏的），最后安装好LED灯组件。

供大家参考

第五步：接线

一，

把所有的光学配件安装好后开始接线，先接好灯的控制线，本文是用LED做光源，所以接线相对比较简单，因为LED是低压供电+33V，只需要把LED的+极和-极接到LED专用电源的+33V正负极输出口上，注意千万不要接错；再接好灯的主电源220V，然后再把驱动板和液晶的连线接好，把遥控接受头插在驱动板上。

二，

液晶和驱动的测试：

驱动板和液晶显示屏的测试，连接好液晶、驱动、高频头、高压条、按键板、电源插头（内正，外负极），要确定和电压的+ －端子连接正确，千万不要接错否则会烧驱动板。打开电红色指示LED灯亮，按按键板上的POWER 按键，或者遥控的红色按键，开机，绿色指示LED点亮表示已经开机，液晶的背光点亮，通常是蓝屏，接着插上有线或无线TV信号输入线到高频头上，或者DVD、VCD的视频线到驱动板的A V接口，按MODE按键转到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。