800元打造物理分辨率2K投影仪全攻略

2017-04-20 220057人围观 ,发现 7 个不明物体 极客

*本文原创作者:diigu,本文属FreeBuf原创奖励计划,未经许可禁止转载

看了前辈们的XXX元打造N核服务器的帖子,我前段时间一直想在租房里也能够看大屏电影就好了,然鹅一个正儿八经的投影仪也忒TN的贵了,物理分辨率1080p的,至少得5k+,而且要是灯泡坏了或者主控板坏了,修一下也得上千,实在不是屌丝搞得起的。正好重新回忆起FB的口号:

”关注黑客与极客“

遍想起来写这篇文章。

秉着捡垃圾的原则,开始了DIY投影仪的旅程。

这其中研究原理和各种配件的优劣性耗费了大量的时间,资料及其少,基本很少有人愿意把原理和优劣对比做细致分析和总结,本文的内容耗费了作者接近一个月的业余时间去收集整理。在此分享给大家,并希望大家去做出改进和建议,避免重复造轮子。

本文将尽可能详细去介绍DIY的原理和详细步骤,希望有此类需求的小伙伴也可以打造出来自己的投影或者其他想法的东西,并且发出来让大家有可以参照的经验。

0xFFFFFFFF 扯淡的方案

既然想做这个,自然先用某度这个渣一样的搜索引擎去搜一下看看有没有前人搞过这个东西,那么我们来搜一下,发现了很多网站介绍过的一种神奇的纸盒投影仪,无需搞破坏而且就一个放大镜就行。介绍如下图:

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放大镜聚焦发散的原理大家在小学时候就知道了,看起来很不错的样子,然鹅动脑子一想:一个手机能有那么亮??自己晚上关灯玩个手机也没见天花板上能看到手机清楚的样子啊。就是一片光亮鹅已嘛。

然鹅哔哔无真理,实践出真知,我决定稍微试一下。

当我准备好一切东西,并将它们安静的摆放好,调好焦距之后,用一个白色的台历当作投影墙,关灯试验的一瞬间,我蒙蔽了。如下图

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这TM一片圆红,我手机里的图和字呢??我难道是做了个不怎么亮的彩色手电筒么??而且连台历上的字都照不清的???

开灯发图对比感受一下绝望:

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虽然心里有预期肯定不会好,但这个结果明显已经无法接受了。。

我们来用理论解释下为什么会这样。

1尼特=0.093流明/平方英尺,假设一个1000LM的投影机,投出的面积是1平方米(越相当于60寸液晶屏的大小),此时你看到的投影画面的亮度约为100尼特。所以,我们看下参数:三星S5在强光线下屏幕亮度可达到最高的580尼特,屏幕为5.1inc,所以把它投射到15寸的屏幕的话,是。。。约为60尼特,不过理论上60尼特的亮度的话不会有现实这么惨啊?然鹅,屏幕出来的光线是散射光线啊!!!向周围无规则散射,射到放大镜上的比例只有很少很少啊,所以进入放大镜的光强要乘以0.x才行啊,然而实际中还有玻璃的损耗,以及各种其他空气、灰尘的损耗所以。。导致了最终实际上手就是一片惨淡。(网上的各种教程能不能不吹牛逼,根本不能用的东西说成高大上的,所以大家千万不要去尝试。)

好了,既然这种看起来简单又便宜的(蠢比)方式失败了,我们从中了解到,为了足够的亮度、至少应该需要用真正很亮的灯泡去搞事情才行。

现在我们来真正DIY一个原理上比较靠谱的DIY投影仪。

后续怎么查资料的过程就略过,太漫长,直接开始原理和教程。

0×00原理

首先,我们介绍下原理,这部分一定捋清楚!基本原理来说就是灯泡发出光线,经过菲镜聚焦然后照射到显示屏幕上,投射过液晶屏幕之后,经过菲镜聚焦再经由投影镜头(放大镜)去放大光线到上百英寸的投影面上。整体来说结构大致如下,当然其中很多地方还有很多可以完善或者增强的功能,但是这对于一个Hello World版的投影仪来说,已经五脏俱全了。

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0×01正文—- 各组件的方案和分析

敲黑板!!!接下来是重点了!

一、光线和散热。

常见的来说,光源有那么几种:

1.普通钨丝/卤素灯泡。

70W,100W,大概10 Lm/W的效率,也就是说你用个100W的灯泡,灯出来有1000Lm左右,看起来100流明不错的样子,但实际上并不是这样,由于液晶屏的透光率很低,大概只有10%不到,所以过滤掉了90%的光线之后,我们真正能看到的光强很低。

无可用性。

2.金卤灯。

100W、150W,大概120Lm/W的效率,也就是说用个150W的金卤灯,灯出来有16000Lm左右,比普通的卤素灯高的不知道哪里去了,需要有启动器和镇流器。工作时会有几百度的高温,自身无需散热,但是此光源会辐射大量热量,如果照射到液晶屏上的话,液晶屏吸收90%的热量,就会导致液晶屏过热烧坏或产生黑斑,所以需要配套的液晶屏散热才可以。

大概100多元就可以买到灯泡+启动器+镇流器。

3.氙气灯。

在汽车大灯上用的比较多,功率各种都有,大概100Lm/W的转换率,也就说用个100W的氙气大灯,出来大概有10000Lm的光线,需要高压启动,灯泡自身无需散热还好,辐射热量较多,同时需要液晶屏的散热,而且比较贵。

无可用性。

4.LED灯。

功率各种都有,从几十到上百W。大概80Lm/W的转换率。也就是说用个100W的LED灯,出来有大概8000Lm的光线,需要有恒流电源,请注意,一定是恒流电源,大概是36V电压和对应瓦数的电流。但是大功率LED自身会极其发热,虽然不怎么辐射热量,也就是说液晶屏的散热是无需考虑的,但是由于其自身发热,导致如果你如果无散热措施就开启LED的话,几秒钟就会过热烧坏。

150w led + 恒流电源大概需要180元左右。

对于液晶屏散热,可选的基本只有风冷,用静音风扇对着液晶屏吹就可以了,注意防尘。

对于LED的散热,常见的是散热方式有两种,风冷和水冷。如果是风冷的话,100W以上的led需要超大的热管散热并且高风量才可以,几十块钱普通CPU散热器是压不住100W 的led光源的,得要这种N热管大风量的散热器(左)的才能勉强压得住。贴个商家推荐的200W LED的散热器(右,另配风扇),你们感受下。

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如果是水冷那就好办了,只需要水箱足够大,冷排足够大即可。

这里笔者采用了金卤灯,为了高亮度,不过后续事实证明,还是推荐LED灯,因为不会影响液晶屏的散热,同时可以配合水冷,噪音比较小。

二、菲镜

原理图中我们写了在液晶屏幕外有两个菲镜,先给大家科普下菲镜的作用。

菲镜,全程菲涅尔透镜 (Fresnel lens) ,又称螺纹透镜。假设一个透镜的折射能量仅仅发生在光学表面(如:透镜表面),拿掉尽可能多的光学材料,而保留表面的弯曲度。

那么为什么要菲镜?如果不用的话,你需要一个比屏幕大很多的投影镜头,而这是不现实的。

所以,后面的菲镜用来将光线由散射的变为平行的,这样可以垂直得照射过液晶屏,前菲镜则将平行的带有图像的光线聚焦到一个点上,方便后续镜头成像。大概100块钱两片。

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三、屏幕。

常见来说,你可以选择的不多,因为商用投影仪的CRT、DLP、LCOS以及激光等技术在自己DIY来说是根本不可能的,原理参见知乎(https://www.zhihu.com/question/28212050)。

我们DIY可以使用的,也就是投射LED/LCD液晶屏的技术,大家如果拆过液晶屏的话,会发现,液晶屏其实是透光的(废话,不透光看毛线)。

盗图一张来解释液晶屏的结构(侵权删除):

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首先,两块偏光板之间的东西是不可以去除的,包括偏光板。其他都可以去除掉。但是正由于偏光板和液晶分子的作用,导致了液晶屏的透光率是很低的,大概在5%~8%之间,也就是说,液晶屏会过滤掉90%以上的光线,所以前面在选则光源的时候需要选择大功率、高流明的光源,才能保证最终投射到墙上的光线足够明亮。

如果你有废旧手机的话,可以直接去拆就手机的液晶屏,而且需要注意,SUPER AMOLED材质的屏幕是不可以的,因为是自发光屏幕根本不透光,比如刚才我的三星S5,根本不用拆,拆了就报废了。。。

当你把屏幕拆开后,用手电筒照射屏幕看是否可以透光,当能正常透光的时候,恭喜你拆屏成功。然后你接下来有两种选择来让屏幕显示画面:

1.继续使用手机主板自带的功能,也就是整体整个显示的部分还是你的手机,你可以使用你手机的OTG功能,或者使用各种需要root的远程遥控都可以。

2.不用手机自带的 功能,想直接链接电脑或者电视盒子等,那么你就需要一个合适的驱动板来驱动你的屏幕显示,然鹅,大部分手机并没那么好找配套的驱动板。当然也不是没有,但整个淘宝上我搜了下就那么一两家有卖的,为避免广告嫌疑,有需要的自己私信我,我给你淘宝链接。

如果你没有废旧手机或者不想冒险的话,你可以直接去买拆出来的屏幕了,顺带驱动板的问题也解决了,因为卖屏幕的都会带驱动板。同理,避嫌需私给链。

虽然我没有选择使用旧手机拆屏幕的方式去用在我的投影机上(因为没有合适的机器),但是为了给大家演示下拆解的过程,防止大家拆多了或者拆少了,我还是找了一个旧手机进行了拆解示意:

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我们需要拆到液晶屏仅剩前后偏振片其余全部去掉。在去掉LED背光组的时候请小心不要把排线弄坏。这时候的液晶屏应该是透光的,我们使用手电筒照射一下屏幕看下,图中我们可以隐约看见freebuf的网站,为什么是隐约的,在最开始我们就演示过,因为手电筒照射出来的光是散射且经过后面的反光碗反射的,其方向性具有杂乱的特点,所以光线会散射导致图像模糊。

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为了更好的体验,我还是选择了网上购买液晶屏和配套驱动板,一个2k分辨率的IPS液晶屏才400块钱。

四、镜头

如果你想,不就是放大么,我直接用放大镜不就好了,那你就大错特错了,如果你是用了放大镜,那么一定会发生边角模糊以及成像不清晰的问题,所以,如果你想有不错的显示效果的话,一定要用专用的投影镜头。

这里,在选购镜头的时候,需要你根据自己的实际情况选择长焦还是短焦的镜头。长焦就是你的投影仪要投到100英寸的效果的话投影仪和墙之间的距离是比较长的,而短焦则距离比较短,当然具体数值需要和卖家沟通记录才可以。某宝搜“投影镜头”即可,大概100-200元左右。

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五、反光镜(可选,推荐选)

如果你在DIY过程中,发现图像还是反着或者出现液晶屏和投影镜头之间的距离过长的话,可以采用增加一块反光镜的。就变成了如下情况,比例有点失调还请见谅。实际中,加上这种反光镜之后,会让距离变短,同时直接解决左右颠倒的问题。注意这里的反光镜如果你要买的话,可不是平时的惊艳到自己的那块镜子就可以的,因为普通镜子都是前置玻璃后置反光层,这样会导致玻璃经过折射后产生双重图像叠加,光线损失的问题。所以一定要选择前置反光层的反光镜。

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六、需要调节的地方

1.一定要严格审查好菲镜、投影镜头的顺序和正反面,以及各自的焦距,否则会出现图像模糊不清的情况。同时,可以调节投影镜头和液晶屏直接的距离,在焦距附近合理微调可以调节最终成像的距离和图像尺寸。

2.如果你的投影仪不在屏幕的正中间,可能需要调节T形矫正,可以采用的一种策略是:上下倾斜前菲镜来调节对应的T形矫正问题。如果你想要偏轴效果,笔者暂时还没有完全搞明白偏轴的原理,所以暂时不做解释和建议。

最后上几张成果图:

微信图片_20170415011246.jpg

微信截图_20170415011632.png

七、其他注意事项

1.菲镜十分脆弱一定要小心,不要弄碎或者粘上油渍、手印等东西,会影响成像。

2.请不要用脏爪去摸镜头,会让你的画面瞬间模糊的。

3.DIY有风险,请谨慎,但一定享受这种乐趣。

4.可以去咸鱼或者其他二手交易平台去看看有没有其他DIYer脱坑,便宜入手。

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diigu

这家伙太懒,还未填写个人描述!

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