自制彩色投影機(jī)三要素

    要做出一臺(tái)自己滿意的彩色投影機(jī)，主要由以下三個(gè)要素決定：

一、彩色液晶屏　

    它的性能決定彩投各項(xiàng)指標(biāo)的上限，目前愛(ài)好者拿到的彩屏基本上是日本產(chǎn)的二手貨，大部分是1994年以后生產(chǎn)的，液晶屏的正常壽命一般是2萬(wàn)小時(shí)，因此推斷二手屏還有八成新。其主要品牌有夏普、東芝、CASIO、EPSON、NEC等；尺寸一般有2��2、3、4、5、5��6、6��2、8～10��1英寸等；像素在6～60萬(wàn)之間；像素類型有方點(diǎn)、六角型、豎條型；排列有品字形、一字形、方陣形等。從驅(qū)動(dòng)方式分為模擬屏、數(shù)字屏兩種(目前作液晶彩監(jiān)及彩投的大都是模擬屏，數(shù)字屏由于技術(shù)和價(jià)格等原因尚未大量使用)；輸入口有6～21個(gè)腳，分別是電源正極、負(fù)極、R、G、B、S、H、V等等；輸入方式有正驅(qū)動(dòng)、負(fù)驅(qū)動(dòng)兩種。

　　從工作原理上分又有真彩、偽彩之分，偽彩是彩色液晶技術(shù)剛剛出現(xiàn)時(shí)的一種權(quán)宜之計(jì)，其原理是在液晶屏底板上排列非常緊密的導(dǎo)電針狀電極列陣，工作時(shí)用視頻信號(hào)控制的電子束對(duì)這些列陣進(jìn)行掃描，由于光電效應(yīng)而改變液晶的透明度，它通過(guò)外加光源的照射來(lái)產(chǎn)生的圖像較差，現(xiàn)已基本淘汰，特別是采用該方式的液晶屏與驅(qū)動(dòng)板四周都用導(dǎo)線連接，因此無(wú)法用來(lái)做彩投。

　　比較先進(jìn)的是采用TFT有源驅(qū)動(dòng)方式的液晶屏，即每個(gè)像素點(diǎn)都用一個(gè)薄膜晶體管來(lái)驅(qū)動(dòng)，由于晶體管的高速開/關(guān)性能，控制液晶屏成為快速的光閥門，產(chǎn)生的圖像清晰而明亮，有效地提高了圖像的質(zhì)量。

　　在此需要特別說(shuō)明的是，由于液晶光閥開關(guān)作用并非十分徹底，也就是說(shuō)液晶在開的時(shí)候并不能全開，使光線100％通過(guò)，關(guān)的時(shí)候也沒(méi)有全關(guān)，還有一小部分光漏過(guò)，因此再好的液晶屏對(duì)比度也不會(huì)很高，單純提高亮度雖然會(huì)增加透過(guò)的光量，但同時(shí)會(huì)使原來(lái)漏光的地方漏得更多，對(duì)比度下降，圖像質(zhì)量并未有效提高，而且還可能造成液晶屏過(guò)熱損壞。

　　在業(yè)余條件下可供我們選擇的彩屏很少，滿足業(yè)余愛(ài)好者自制彩投的屏應(yīng)該具有三個(gè)條件。首先必須是真彩模擬屏，其二是價(jià)格不能過(guò)高，第三是體積不能太大而像素要盡可能高。我認(rèn)為，符合上述三個(gè)要求的彩屏有夏普3英寸屏、東芝4英寸屏、EPSON5��6英寸屏。

　　上述三種屏性能的共同特點(diǎn)是：真彩模擬屏，輸入口少，改制方便，像素適中，安裝簡(jiǎn)便。且價(jià)格較低，容易被接受。夏普3英寸屏是比較常見(jiàn)的彩屏，國(guó)內(nèi)廠家用來(lái)生產(chǎn)可視電話和可視門鈴等。該屏為TFT真彩，體積小巧，光源很容易配套，像素約12萬(wàn)，呈六邊型品字排列，圖像顆粒感較明顯，用來(lái)做60英寸以下背投或正投較好。東芝4英寸屏是市場(chǎng)上唯一有較大批量提供的二手彩屏，國(guó)內(nèi)大量用來(lái)生產(chǎn)汽車彩監(jiān)、手提VCD、可視電話門鈴等，該屏是方點(diǎn)品字屏，面積約為3英寸屏的二倍，像素比3英寸屏高一些(約15萬(wàn))，光通量也高得多，圖像較為細(xì)膩，與之配套的光源系統(tǒng)體積較大，燈泡功率也大，溫度較高，制作中要細(xì)心調(diào)整才行。

　　EPSON5��6英寸彩屏是目前我們能拿到質(zhì)量指標(biāo)最好的真彩屏，通稱“愛(ài)普生6寸屏。”是最近才出現(xiàn)的低價(jià)優(yōu)質(zhì)屏，像素約30萬(wàn)，呈長(zhǎng)條型品字排列，這種屏的圖像放大到100英寸時(shí)與進(jìn)口萬(wàn)元級(jí)彩投在觀看效果上已不相上下。

　　目前最新最好的是CASIO5��5英寸真彩屏，像素呈豎條型一字排列，與顯像管相似，圖像特別細(xì)膩，配合高清晰高亮度光源，效果完全可以與萬(wàn)元以上商品彩投相媲美，只是目前貨源數(shù)量極少。還有正在開發(fā)的10英寸彩屏，像素達(dá)100萬(wàn)，這些都為自制彩投提供了廣闊的前景。不過(guò)彩屏的尺寸越大，對(duì)光源系統(tǒng)的要求就越高，對(duì)散熱問(wèn)題也就是更加苛求，一是因?yàn)椴势撩娣e越大，要求光源輻射面積就越大，而燈泡都是點(diǎn)狀發(fā)光，平衡問(wèn)題較難解決；二是因?yàn)橐壕�屏的主體是玻璃，是不良導(dǎo)熱體，面積越大，熱量越不易傳導(dǎo)，就會(huì)導(dǎo)致中間部分過(guò)熱而損壞。

　　曾經(jīng)有不少朋友來(lái)信詢問(wèn)我們?yōu)槭裁床徊捎妹娣e小像素高的彩屏，比如一些EPSON的彩屏，面積雖然只有0��9英寸，像素卻高達(dá)100萬(wàn)。是的，這正是我們所夢(mèng)寐以求的，但又有誰(shuí)來(lái)提供呢?因?yàn)椴势恋纳�產(chǎn)技術(shù)掌握在發(fā)達(dá)國(guó)家的極少數(shù)公司手中，不要說(shuō)我們?cè)跇I(yè)余條件下，就是國(guó)家大型企業(yè)也要受到人家的限制。

二、光源　

　　圖像的質(zhì)量取決于光源的質(zhì)量，從光學(xué)的原理中我們知道，光的性能中有兩個(gè)重要指標(biāo)，一是光的強(qiáng)度，二是光的色溫，可以用一句簡(jiǎn)單的話來(lái)概括，即光的強(qiáng)度就是它的亮度，光的色溫就是光線中各單色光所占的比例。事實(shí)證明，一臺(tái)較高指標(biāo)的液晶彩色投影機(jī)，它的光源應(yīng)該是又亮又白。

　　所以，我們?cè)谧灾撇释稌r(shí)，很大的一部分精力和費(fèi)用是用在提高光源的亮度和“白度”上的。提高亮度看起來(lái)似乎很容易，只要增大燈泡的功率就可以了，但實(shí)際上并不簡(jiǎn)單，因?yàn)榧词蛊查_能耗不說(shuō)，溫度就是一個(gè)大問(wèn)題，散熱問(wèn)題解決不好，彩屏就不能正常工作，亮度高了溫度就高，散熱不好就會(huì)燒壞液晶屏，亮度低了達(dá)不到觀看效果，所以亮度要掌握在一個(gè)合適的“度”的范圍內(nèi)。

　　光源的“白度”即光的色溫，色溫低的白光所含的紅、黃色的成分較多，顏色偏橙色，色溫高的白光所含的藍(lán)色的成分較多，顏色偏紫。國(guó)際上規(guī)定了A、B、C、D、E五種標(biāo)準(zhǔn)白色光源，其中E光源是最理想的白光，色溫約5500K，非常接近自然光。實(shí)踐證明，采用燈絲點(diǎn)燃方式的光源，色溫較低，一般在3000K以下，顏色偏黃，即色調(diào)是暖色，采用高壓氣體放電點(diǎn)燃方式的光源，色溫較高，一般在5000K以上，顏色偏藍(lán)，色調(diào)為冷色。

　　暖色調(diào)看起來(lái)會(huì)覺(jué)得紅色鮮艷些，冷色調(diào)更接近自然的顏色，色彩還原更真實(shí)，人眼感覺(jué)更舒服。普通白熾燈和日光燈因?yàn)榱炼鹊�，體積大不適于做彩投，鑒于彩投所需要的小體積、高亮度、長(zhǎng)壽命和較高色溫的要求，我們現(xiàn)在用于自制彩投的光源有兩種，一種是采用低壓鹵素?zé)�，即電影放影用金屬鹵化物燈，電壓12V～48V，功率100～400W，這種燈的特點(diǎn)是體積小、光效高，亮度和色溫均能滿足自制彩投的要求，特別是它無(wú)需復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)電路，而且造價(jià)特別低廉，所以成為自制彩投的首選光源。如對(duì)亮度和色溫要求較高，就得使用高壓金屬鹵化物氣體放電燈作光源，這是一種在燈內(nèi)充有水銀、氬氣和金屬化合物的燈，在高壓作用下水銀蒸汽放電同時(shí)激發(fā)各種金屬蒸汽放電產(chǎn)生強(qiáng)烈弧光的燈。

　　這種燈包含了可見(jiàn)光全范圍的發(fā)光頻譜，具有鮮明的白色光且發(fā)光效率高，成為商品彩投的主流光源。使用這種光源時(shí)應(yīng)特別注意，一是點(diǎn)亮?xí)r發(fā)熱厲害，絕不能用手觸及；二是點(diǎn)亮?xí)r有大量紅外線及紫外線，不能用眼睛直視；三是有很高的觸發(fā)電壓；四是不能瞬間點(diǎn)燃，要有1～3分鐘的預(yù)熱。

　　商品彩投為提高清晰度和亮度，多數(shù)采用三片液晶板，其光源也采用三路結(jié)構(gòu)，燈泡發(fā)出的光經(jīng)冷光反射鏡、濾光片、分色鏡、反射鏡、聚焦鏡或分光棱鏡，最后通過(guò)投影鏡投向影幕，其光源結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜，調(diào)整也異常繁瑣，業(yè)余條件下根本無(wú)法做到。業(yè)余制作主要采取單路光源結(jié)構(gòu)，即燈泡發(fā)出的光經(jīng)過(guò)冷光反射鏡、隔熱鏡、聚焦鏡、液晶屏、鏡頭投向影幕。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)整方便，適于業(yè)余自制。

　　光源結(jié)構(gòu)上現(xiàn)在一般分為直接投影式和反射投影式兩種，前者采用聚光碗反射、聚焦鏡聚光的方法，光的利用率高，用較小功率的燈泡就有較強(qiáng)的照度，但其光平衡不易做好，輻射面小，主要用于4英寸以下彩屏，后者是采用凸透鏡加菲涅爾透鏡的燈箱式結(jié)構(gòu)，輻射面大，光平衡度很好，適用于5英寸以上彩屏。散熱效果也好，可以使用大功率燈泡，但光利用率稍低，特別要提醒大家的是，在調(diào)整直接投影式彩投時(shí)要特別注意各光學(xué)元件中軸線的重合和準(zhǔn)確的相對(duì)距離，否則就會(huì)出現(xiàn)圖像發(fā)虛、暗角等問(wèn)題。關(guān)于彩投系統(tǒng)光源問(wèn)題還有很多，如燈絲的類型、反光碗、隔熱鏡，尤其是光源的散熱問(wèn)題等。

三、鏡頭　

　　鏡頭是整個(gè)機(jī)器的靈魂，再好的彩屏，再好的光源，最終都要通過(guò)鏡頭來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像的放大投影，可以說(shuō)鏡頭的好壞關(guān)系到整機(jī)指標(biāo)的優(yōu)劣。投影機(jī)鏡頭的任務(wù)是盡可能地把已經(jīng)很微弱的光線(因?yàn)橐壕Р释豆饫�用率很低，一般�?％～3％)無(wú)失真地投射出去，但是這兩者又是一對(duì)矛盾，如果要保證在一定的近距離內(nèi)畫面無(wú)失真，則需要多組鏡片的組合。這是因?yàn)殓R頭到畫面是由點(diǎn)到面的關(guān)系，肯定存在光路長(zhǎng)短不同的問(wèn)題，這時(shí)單個(gè)鏡片就不能準(zhǔn)確聚焦，即畫面的中間部位和邊緣部分不能同時(shí)調(diào)整到清晰狀態(tài)，這就要求鏡頭進(jìn)行修正，靠單片鏡頭是無(wú)法實(shí)現(xiàn)修正任務(wù)的，需要多片鏡頭的組合。

　　鏡片越多修正效果越好，一般多在3片到9片，分為3組，二凸一凹。光線每通過(guò)一個(gè)鏡片就會(huì)衰減一部分，鏡片越多衰減就越厲害，盡管鏡片經(jīng)過(guò)真空鍍膜處理來(lái)增強(qiáng)光通量，但還是存在衰減。另一個(gè)辦法就是增加鏡片的口徑，口徑越大則光通量越大，但成本也大大提高。

　　對(duì)電子愛(ài)好者來(lái)說(shuō)，光學(xué)方面的知識(shí)可能比較生疏，而自制彩投的關(guān)鍵恰恰不是電路部分而是光學(xué)部分，因?yàn)橐壕�屏我們只有選擇的余地，沒(méi)有可以下手的用武之地，光學(xué)部分我們的選擇余地和下手空間才是最大的。文章題目中的三要素，光學(xué)部分占了兩要素：光源和鏡頭。

　　上面我們只對(duì)鏡頭作了簡(jiǎn)單描述，真正用在彩投上文章就大了，因?yàn)槲覀冏灾撇释妒褂玫氖钦障鄼C(jī)鏡頭，這里先引出兩個(gè)鏡頭的專用術(shù)語(yǔ)，光圈和焦距，喜歡攝影者都知道，鏡頭的光圈是用數(shù)值來(lái)表示的，一般從16～2，當(dāng)然還有到1��1、0��9的，為使用方便，一個(gè)鏡頭設(shè)置多擋光圈，光圈的數(shù)值越大，光圈就越小，光通量也越少，每一個(gè)鏡頭的最大光圈都用數(shù)值標(biāo)在鏡頭的前方。實(shí)踐證明，自制彩投選擇光圈值最大不能大于3��5，最好是2��8～2��0，太大了光通量少，圖像光線就不能全部通過(guò)，亮度可想而知。另一個(gè)術(shù)語(yǔ)就是焦距，焦距也是用數(shù)值來(lái)表示的，通常從50～210mm，當(dāng)然還有短焦和長(zhǎng)焦，超短和超長(zhǎng)焦的。

　　數(shù)值越小焦距越短，數(shù)值越大焦距越長(zhǎng)，一個(gè)定焦鏡頭只有一種焦距，投影機(jī)對(duì)鏡頭焦距的要求正投一般在50～140mm，背投一般在35mm左右，焦距這個(gè)概念很重要，它決定了打滿預(yù)定尺寸時(shí)投影機(jī)與影幕的距離，焦距越短，投影機(jī)與影幕的距離就越近，反之就越遠(yuǎn)，一般家庭空間有限，所以選擇適當(dāng)?shù)慕咕嘁埠苤匾�，我們一般選擇焦距在75～90mm之間，這樣投影機(jī)與屏幕的距離大約在2～3m，比較適合一般家庭。焦距低于50mm的，機(jī)器離屏幕太近，妨礙視線，焦距大于100mm時(shí)，機(jī)器離屏幕太遠(yuǎn)，一般家庭無(wú)法使用。當(dāng)然更高級(jí)的辦法是用變焦鏡頭，可以從55mm一直變到210mm，距離比較隨意，不受地方的限制，但成本大幅度提高而且光圈大都是3��5左右，光通量明顯偏小，只在商品彩投中較多使用。

　　選擇鏡頭還有一個(gè)問(wèn)題就是鏡頭的“涵蓋”，“涵蓋”就是鏡頭能包容下多大的彩屏。比如135相機(jī)的鏡頭就只能涵蓋3英寸屏，而4英寸屏就必須用120相機(jī)鏡頭才能涵蓋，6英寸屏就無(wú)法用一般的鏡頭來(lái)涵蓋。這個(gè)概念是我們編的，因?yàn)槲覀兎�了很多光學(xué)方面的資料，找不到“涵蓋”這個(gè)詞，也沒(méi)有這樣的理論依據(jù)，但在實(shí)踐中還必須遵守這個(gè)原則，如果4英寸屏用了135相機(jī)鏡頭，不管怎么調(diào)，四角都會(huì)出暗影。實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的標(biāo)準(zhǔn)。

　　在業(yè)余實(shí)踐中，往往鏡頭來(lái)源較雜，我們還必須靈活使用鏡頭，比如一款俄羅斯產(chǎn)的鏡頭，光圈是2��0的，焦距是85mm，非常適合做彩投，但因?yàn)樗�是相機(jī)鏡頭，前邊的鏡片大，后面的鏡片小，涵蓋3英寸還可以，涵蓋4英寸就不好，于是就把它倒過(guò)來(lái)用，涵蓋就大大增強(qiáng)了，效果很明顯，其實(shí)照相鏡頭和放大鏡頭要求是相反的，照相鏡頭對(duì)外是弱化的，對(duì)內(nèi)是強(qiáng)化的。當(dāng)然并不是任何鏡頭反用效果都好，只有那些前邊鏡片大的鏡頭反用效果才好。

　　在投影機(jī)的鏡頭系統(tǒng)中還有一種是采用單片鏡結(jié)構(gòu)的，這是因?yàn)楫?dāng)液晶屏超過(guò)5英寸時(shí)，組合鏡頭已無(wú)法涵蓋，只能借助大口徑的單片鏡，在這里需要說(shuō)明的是單片鏡具有很大的涵蓋和很高的透光度，但必須是在較長(zhǎng)光路的情況下使用，即焦距在260mm以上，鏡頭與彩屏距離在10cm以上，機(jī)器與影幕距離在3��5m以上，這是因?yàn)楣饴吩介L(zhǎng)，畫面中間與邊緣的差距越小，像差就小，單片鏡就可以校正。這種結(jié)構(gòu)的投影系統(tǒng)我們并不陌生，普遍使用的書寫投影儀就是一例。

　　所以我們?cè)谑褂?英寸屏(套件5、9、10、11)時(shí)毫無(wú)例外地使用了改制的投影儀形式。使用大尺寸的液晶屏是業(yè)余條件下獲得高清晰和高亮度的唯一途徑，上面說(shuō)過(guò)，采用小尺寸液晶屏能大大減小體積和降低費(fèi)用，但是我們難以得到高像素的小尺寸彩屏，要想獲得高清晰和高亮度只能犧牲體積和能耗等，這就是業(yè)余與專業(yè)的不同。

數(shù)控機(jī)床網(wǎng)