手機?投影機?一個盒子就可兼得!手工電子DIY教程
現在的手機千變萬化,但是功能卻大同小異。自從喬布斯帶來了iPhone,手機基本上就看不到鍵盤了,看上去更像個小小的顯示器……不過,屏幕再大,追劇什麼的也不爽,你可以DIY一個小巧的盒子,把手機變成一個隨身攜帶的投影機。
本項目僅根據原理製作,實際效果僅供參考
手機投影原理無論是真正的投影機,還是今天要做的這個手機投影盒子,其實原理都很簡單,那就是“凸透鏡成像”,這個在中學物理中就介紹過了:當物體放在凸透鏡焦點之外,在凸透鏡另一側成倒立的實像,還有個口訣:物(距)遠像(距)近小,物近像遠大。投影機就是通過調整鏡頭與投射源之間的距離,來改變投射影像大小的。
投影機的原理
說到投射源,目前投影機有多種類型,常見的是LCD和DLP兩種。DLP(Digital Light Processing,數字光處理)技術是德州儀器公司的專利,其核心是一片數字微鏡芯片,這是一個排列着無數“小鏡子”的芯片,每一個像素對應着一個“小鏡子”,它依靠的不是改變入射光線的偏振態或者自身發光狀態,而是調整特定位置微反射鏡的反射角度——如果需要某些像素的位置發光,就驅動小鏡子,讓光線反射向鏡頭,從而在屏幕上出現圖像。顯然,DLP的工作方式太高端,不適合DIY製作。而LCD投影機技術就簡單得多,特別是現在很多DIYer常常使用的單片式LCD投影機的原理:用LCD屏幕作爲透光屏幕,直接將影像通過鏡頭投射到屏幕上。
所以,我用一隻手機作爲投射源,這樣也不用考慮什麼光源、散熱等問題了,唯一的遺憾是,手機屏幕的亮度不算太高,經過散射和鏡頭折射後,投射出來的亮度有限了,只能在較暗的環境下使用。
簡易投影盒子內部結構示意圖
設計和材料選擇基於上面的原理,我們可以把“投影機”極簡化:把手機作爲投射源,鏡頭使用單片凸透鏡或一片菲涅爾透鏡,一面校正倒像的反光鏡,再加上一個小巧輕便的盒子就OK啦。
投射源——手機LED投影機的解析度是由LED屏幕的分辨率決定的,要用手機作爲LED投影機的投射源,一個屏幕大、亮度高、分辨率高的手機是必要的。我使用了由OPPO贊助的OPPO Find 5手機作爲LED投射源,它有一個5英寸1080p的屏幕,分辨率爲1920×1080,像素密度達41ppi(Pixels per inch,每英寸所擁有的像素數),通過透鏡折射放大後,更能體現出畫質細膩的優勢。由於我們要製作一臺使用投射光源的投影機,全部光源都來自手機屏幕自身的光源,而OPPO Find 5手機的屏幕亮度達到480流明,投影效果還是不錯的。此外,OPPO Find 5手機的整個正面幾乎被屏幕佔據,邊框只有3.25毫米,因此可以把盒子做的儘量小巧,減少光的散射,非常適合作爲手機投射源。
投射源: OPPO Find 5 手機
透鏡因爲大大簡化了結構,如果使用普通的凸透鏡,會出現邊角變暗、模糊的現象。這是因爲光的折射只發生在介質的交界面,凸透鏡片較厚,光在玻璃中直線傳播的部分會使得光線衰減。如果可以去掉直線傳播的部分,只保留髮生折射的曲面,便能省下大量材料同時達到相同的聚光效果。菲涅耳透鏡就是採用這種原理的。菲涅爾透鏡看上去像一片有無數多個同心圓紋路(即菲涅耳帶)的玻璃,卻能達到凸透鏡的效果,如果投射光源是平行光,匯聚投射後能夠保持圖像各處亮度的一致,所以我採用菲尼爾透鏡作爲投影機的鏡頭。
菲涅爾透鏡v.s.普通凸透鏡
反光鏡凸透鏡成像是倒立的實像,雖然現在的手機畫面具有180°旋轉功能,但是不能左右翻轉,所以要看到正常的文字和畫面,用一個小小鏡子解決吧。
盒子要想把手機投影做到最小,就根據手機的外形尺寸和菲涅爾鏡的焦距,計算好最佳的尺寸。至於盒子,硬卡紙、廢紙盒、PVC塑料什麼的都可以,原則是儘量不漏光、內壁也不能反光。
投影盒子結構3D圖
製作材料菲涅爾透鏡、鏡子、輕木片、不織布
外殼材料是3mm厚的不織布,內襯一個手機/反光鏡安裝支架,使用3mm輕木板材製作。
製作過程首先根據事先計算好的物距,設計好的盒子大小,用卡紙製作好盒子各個部分的模板。筆者測試發現,反光鏡到菲涅爾透鏡的距離在7CM左右爲宜,這樣在1.5的距離上能夠投出大約20寸的較清晰圖像。
首先用實現準備好的紙殼模板,在不織布上畫出各部分的輪廓,用剪子剪下來。
給菲涅爾鏡頭挖出窟窿,以便固定鏡片(有紋路的一面朝向盒子內部)。
盒子的兩個側面與盒體之間採用縫合工藝,祭出大殺器——縫紉機。
用輕木板材製作一個反光鏡支架,底部用來放置手機。
給前面的菲尼爾透鏡也做個邊框,以便支撐盒子,嚴絲合縫。
盒子基本成型。
怎麼讓它的合蓋更加美觀呢?用金屬釦子——需要用錘子才能搞定。
解決了盒蓋問題,再把手機/反光鏡支架放入盒子,就大功告成啦!
看看最後的樣子吧!
投影盒子做好了,將手機固定在手機底板位置怎麼控制手機呢?可以使用藍牙鼠標,如果你的手機和操作系統支持藍牙傳輸的話。
改進空間首先是盒子的材質,如果有可能,可以使用更結實的材料,比如木材或機玻璃材料加工,用黑色遮光布製作內襯。現在由於盒子的大小固定,物距不可調,前端的菲涅爾鏡如果可以前後移動,可以調整投出影像的大小,當然,最清楚的投影距離(像距)還得靠你的移動。相關果殼網小組
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