Как сделать проектор своими руками – обзор вариантов

Введение

Существуют два метода создания изображения при помощи лазера — это векторная и растровая развертка.
В случае векторной развертки луч лазера перемещается в пространстве вдоль контуров необходимого изображения, отключаясь только на время перехода от одного контура к другому.
Благодаря этому лазер оказывается большую часть времени включенным, за счет чего формируемая картинка получается достаточно яркой.
Именно этот метод обычно используется в различных промышленных лазерных проекторах. При этом для быстрого перемещения лазерного луча приходится использовать достаточно сложные электронно-механические устройства — гальванометры. Их цены обычно начинаются от 80$ за пару, а в домашних условиях гальванометры изготовить проблематично (хотя и реально).
Второй метод создания изображения — растровая развертка. В этом методе луч лазера последовательно движется вдоль всех строк изображения. Именно этот метод используется в ЭЛТ-трубках старых телевизоров и мониторов.
Благодаря тому, что оба вида движений (по вертикали и горизонтали) выполняются циклически, механику можно значительно упростить (по сравнению с векторной разверткой). Кроме того, так как формируемое изображение состоит из отдельных элементов, то его значительно проще формировать с программной точки зрения.
Недостаток растровой развертки — луч будет проходить вдоль всех элементов изображения, даже если их не нужно подсвечивать, что из-за чего падает яркость изображения.
Именно этот метод, из-за его простоты, я и захотел реализовать в своем проекторе.
Для перемещения лазерного луча вдоль линии (горизонтальной развертки) очень удобно использовать зеркало, вращающееся с постоянной скоростью. Благодаря тому, что вращение непрерывное, скорость движения луча может быть достаточно большой. А вот переход от одной линии к другой реализовать сложнее.
Самый простой вариант — использовать несколько лазеров, направленных на вращающееся зеркало. Недостатки этого метода — число отображаемых линий будет определятся числом использованных лазеров, что усложняет конструкцию, а ширина зеркала должна быть достаточно большой. Хотя есть и достоинства — единственный подвижный элемент в такой системе — это зеркало, а использование нескольких лазеров позволяет добиться достаточно высокой яркости изображения. Вот пример проектора, использующего такой принцип.
Еще один вариант развертки, который можно встретить в сети — объединение вертикальной и горизонтальной развертки за счет использования вращающегося многогранного зеркала, в котором отдельные зеркала-грани расположены под разным углом к оси вращения. Благодаря такой конструкции зеркала, при повороте зеркала от одной грани к другой луч лазера отклоняется на разные углы по вертикали, за счет чего и создается вертикальная развертка.
Несмотря на общую простоту получающегося проектора (нужны только лазер, зеркало с мотором и датчик синхронизации) у метода есть большой недостаток — большая сложность изготовления такого многогранного зеркала в домашних условиях. Обычно угол наклона зеркал-граней приходится подстраивать в процессе сборки, причем делать это нужно с большой точностью, что значительно усложняет конструкцию зеркала.
Вот пример проектора, использующего такой принцип.
Для упрощения конструкции я решил использовать другой принцип развертки — постоянно вращающееся зеркало для формирования горизонтальной развертки и периодически колеблющееся зеркало для формирования вертикальной развертки.

Принцип работы проектора

В основе проектора, как и всевозможных слайдеров, фильмоскопов, законы оптики: когда носитель изображения взаимодействует со световыми потоками, лучи преломляются, картинка увеличивается, транслируется на экран.

Принцип работы проектора

Методы как сделать проектор своими руками могут быть разными, в основе самого простого и элементарного – прохождение света через прозрачные носители (лупу, линзы), такие приборы называют диапроекторами. Эпипроекторы основываются на отражение от непрозрачных объектов. Цифровые мультимедийные DLP и LCD самые качественные, с предельно четкой картинкой, точной цветопередачей, поскольку традиционный принцип просвета лупы в них не используется. В первых поток отражается от специального чипа, создается логической матрицей, во вторых используется прозрачная LCD панель, обеспечивающая яркую, живую цветовую гамму.

Собрать цифровую мультимедийную конструкцию самостоятельно предельно сложно – потребуется синхронизация работы механики, оптики, цифровых частей. Но сделать проектор для телефона (диапроектор) или более сложную установку с цифровым оборудованием вполне возможно с минимальными познаниями в электротехнике (в первом случае их вовсе не потребуется).

Профессиональный проектор из ж/к матрицы и электроники

Сразу оговоримся: светодиодный проектор домашний, сделанный своими руками трудоемкий в сборке, общая стоимость деталей приблизительно 1000$, но это дешевле заводских устройств такого уровня. Запчасти приобретают на всем известных китайских торговых площадках.

Профессиональный проектор

Что потребуется:

  • жидкокристаллический монитор (5.98 дюйма, 2560×1440) с HDMI платой (200$). Можно взять эти элементы и с б/у устройств, подойдет любой 2К ЖК-дисплей. Модуль подсветки не потребуется;
  • корпус из полимерных материалов, вырезанный лазерной резкой ($100). Или же его можно создать своими руками лобзиком из фанеры. В сети есть чертежи в AutoCad; (https://cdn.instructables.com/ORIG/F4I/A5S0/IN0TKC4U/F4IA5S0IN0TKC4U.zip);
  • 2 линзы Френеля (по 50$ каждая): с фокусным расстоянием 120 и 185 мм. Первую (F120) ставят между светодиодом и ЖК-матрицей, вторую (F185) — между ней и проекционным объективом;
  • объектив F190 или 200 (до 50$);
  • один из следующих светодиодов с подходящим драйвером (около 50$):
    • обычный на 150 или 128 Вт с теплоотводом;
    • альтернатива — 100 Вт, не особо яркий, но для темного помещения подойдет;
    • лучший вариант, но дороже (вместе с драйвером 185$) — СВТ-140 «Luminus Devices», такие элементы применяют в медицинских эндоскопах;
  • конденсаторная квадратная линза ($25) или обычная круглая. Первая дает лучшую яркость, но края немного желтеют;
  • кулеры, как для компьютерных блоков;
  • блок питания под мощность светодиодов;
  • USB провод с разъемом к питанию (IEC 320);
  • проводки.

схема

Далее, сборка пошагово.

Проект корпуса, проверка ЖК матрицы

Дисплей надо покупать с HDMI-платой. Также для удобства рекомендовано приобрести удлиняющий FPC-кабель (шлейф) и плату (разъем) подключения. Проверяем матрицу нажатием и удерживанием разъема подсветки. Далее, приступаем к конструированию корпуса.

Корпус собирается по чертежам

Корпус собирается по чертежам. Потребуются обычные инструменты: нож, карандаш, линейка, лобзик, клей. Материалы: текстолит, пластик, дерево. Можно приспособить старый компьютерный блок, но тогда потребуются инструменты для работы с жестью: кусачки, ножовка по металлу, шуруповерт и сверла для проделывания отверстий под болты.

Корпус собирается по чертежам 2

Внутри делают перегородки, держатели. Линзы Френеля вставляют в посадочные места, затем сам держатель — в фиксаторы ЖК монитора. При этом надо исключить любое отражение света от перегородок, иначе качество изображения ухудшится. С этой целью проходятся наждачкой по поверхностям, делая их матовыми.

Корпус собирается по чертежам 3

Крепление для монитора

На этой части остановимся подробнее, так как небрежная сборка элемента может испортить конечный результат. Дисплей небольшой, с очень тонкой рамкой, поэтому предотвращение утраты светового потока усложняется. Желательно посмотреть чертежи из интернета — они учитывают данный нюанс. Если к данному этапу подойти без надлежащей тщательности, получим картинку с заметными белыми полосами по краям.

Крепление для монитора

Если использовать стандартный чертеж, то он предусматривает наличие 3 частей держателя: 2 — для постоянной фиксации и 1 — для временной. Желательно при работе не касаться дисплея: отпечатки увеличиваются на конечной картинке. Проблема устраняется, если выполнять сборку в медицинских перчатках.

Установка светодиода

Светодиод закрепляется на теплоотводе, который покупают в комплекте или отдельно, а также можно использовать компьютерные радиаторы от системы воздушного охлаждения процессора. Далее, сооружаем держатель для этой конструкции по тем же чертежам из сети. Диод прикручивается винтами М3 к радиатору, посадочная площадка смазывается термопастой. Затем устанавливают конденсаторную линзу перед источником света, обычно в ее комплект входит и крепление.

Установка светодиода

Проводка, охлаждение

Наш пример использует стандартный чертеж, предусматривающий посадочные места для вентиляторов. Устанавливаем их туда, в цепь можно включить регулятор скорости вращения (подстроечный резистор на 10 кОм, припаивается на один из проводков), есть также платы с ним и с датчиком температуры: уменьшив скорость, понизится шумность конструкции.

подстроечный резистор

Правила подключения:

  • напряжение от домашней сети 220 В подводится к блоку питания светодиода, кулеров и HDMI-микросхемы по USB;
  • блок питания выдает постоянный ток, он подсоединен к диоду и крыльчатке. Можно использовать раздельные источники питания. Блок с USB разъемом будет подсоединяться к микросхеме HDMI;
  • устанавливают 2 выключателя — для светодиода, дисплея, кулеров, — что позволит некоторое время после выключения прибора охлаждать его;
  • светодиод сильно нагревается, матрица — меньше, но также греется, вместе выделяемое тепло интенсивное, на мониторе от перегрева могут появиться черные пятна, он выйдет из строя. Поэтому надо применять несколько вентиляторов, минимум 2 разнокалиберных, правильно разместив их на выдув и вдув;
  • экран размещают рядом с источником света (промежуток 110–130 мм).

охлаждение

Проверка расположения элементов

Проверьте провода согласно приложенным к статье фото. Затем проанализируйте, как расположен светодиод — при правильном зазоре между ним и задней линзой (F120) свет освещает всю активную область экрана. Стороны с канавками двух линз должны быть повернуты к монитору.

Проверка расположения элементов

Используют и другие комбинации линз, но описанная оптимальная для дисплея в 5–6 дюймов. Можно также взять и оптику с большим фокусным расстоянием — F120/F220 с проекционной F230 — при уменьшении фокусного расстояние увеличивается картинка. В нашем случае, если применить диод CBT-140, то видеопроектор обеспечит четкость, при которой можно увидеть пиксели на проекционной поверхности. А фокусировка будет превосходить некоторые заводские экземпляры.

чертеж

проверка

проверка 2

проверка 3

Инструменты и материалы

Прежде всего следует заметить, что самодельное устройство не способно обеспечить идеальное качество изображения. Конечно же, существуют способы максимального улучшения картинки, однако на кардинальные перемены рассчитывать не приходится. Но в любом случае определяющим фактором будет грамотный подбор расходных материалов и необходимых инструментов. Бюджетные способы создания вариантов мультимедийного устройства для вывода картинки на большой экран предусматривают использование в качестве основы смартфона или же ноутбука.


Если речь идет о просмотре художественных фильмов, то, скорее всего, качество будет вполне удовлетворительным. Чтобы своими силами в домашних условиях сконструировать самый простой проектор, потребуются:

  • нож малярный или же канцелярский;
  • карандаш (многие рекомендуют использовать именно строительные карандаши для разметки);
  • непосредственно сам источник сигнала (картинки);
  • увеличительное стекло (линза);
  • скрепки канцелярские;
  • изолента или обычный скотч;
  • коробка из картона.

Естественно, данный перечень может изменяться и дополняться в каждой конкретной ситуации. К примеру, можно собрать примитивный самодельный кинопроектор без установки лупы.



Способы изготовления

Перед тем как приступать к выполнению работ, необходимо позаботиться о наличии линзы. Стоит учитывать, что данный элемент обеспечивает увеличение картинки, которое должно быть не менее 10-кратного. В остальном успешный результат будет зависеть исключительно от качества матрицы источника изображения и аккуратности, необходимой при сборке гаджета.

Сделать проектор можно несколькими способами, поскольку существуют различные технологии, позволяющие осуществлять передачу картинки. Именно они реализованы в фильмоскопах и аппаратах для демонстрации слайдов. Можно выделить следующие наиболее распространенные варианты:

  • диапроектор – устройство, принцип работы которого базируется на пропуске светового потока сквозь носитель, имеющий прозрачную структуру;
  • эпипроектор, функционирующий за счет отражения лучей от непрозрачных элементов;
  • кинопроектор, передающий изображение от перемещаемой пленки или отдельных слайдов;
  • устройства LCD – проекторы, транслирующие картинку за счет пропуска света через соответствующую панель;
  • устройства DLP, работа которых основана на отражении луча от специального чипа.

Первый вариант будет актуален для тех, кому интересно что-то создать. В данном случае предоставляется самый простой способ сделать проектор своими руками. При этом финансовые расходы будут минимальными, а сам гаджет будет изготовлен из лупы и картонной коробки.

С учетом простоты конструкции весь процесс изготовления проектора не потребует существенных временных затрат и каких-то специальных навыков. Ключевым моментом будет правильное позиционирование линзы по отношению к источнику изображения. Также важно помнить, что яркость картинки должна быть максимальной.

В коробке потребуется сделать отверстие для установки увеличительного стекла. После этого останется закрепить линзу строго посередине источника сигнала и установить экран. В качестве последнего можно использовать обычную белую простыню.



Главным минусом такого проектора будет минимальное качество картинки.

Диапроектор со смартфоном

У смартфона, подобных гаджетов есть небольшой экран. Задача состоит в том, чтобы увеличить его изображение и транслировать на ровную поверхность. Для этого используется подсветка, оптика: большое увеличительное стекло, лупа. В проекторах такие элементы называются линзами Френеля. С небольшими дополнениями данный принцип используется в заводской продукции такого типа.

Диапроектор со смартфоном

Что потребуется:

  • большое увеличительное стекло. Размер должен соответствовать экрану смартфона, расположенном на некотором расстоянии, чтобы картинка не обрезалась;
  • полностью затемненный корпус: картонный, деревянный (фанера) или пластмассовый короб. Можно сделать из коробки любой, например, распаячной, от обуви. Своими руками создать элемент с внутренними крепежами (фиксирующими перегородками) легко: подойдет любой материал, который можно разрезать и скрепить;
  • если применяют картон, то самоделка собирается с помощью скотча, клея, канцелярского ножа, карандаша, линейки, циркуля. Для дерева может потребоваться лобзик, для пластика — он же и паяльник или устройство для выжигания, нагретым жалом которого можно обрабатывать материал.

картонный корпус

Рассмотрим самый простой самодельный проектор из телефона с картонным корпусом:

  1. Приставляют к фронтальной стенке короба линзу, обводят ее карандашом. Вырезают отверстие и закрепляют лупу там клеем, скотч тоже можно использовать. Важно, чтобы эти материалы не попали в просвет, что испортит изображение.
  2. Помещают смартфон внутрь, экспериментальным путем соотносят расстояние до его экрана от линзы, чтобы картинка не обрезалась ею. На этом месте приклеивают держатели — перегородки.
  3. Сзади проделывают отверстие для зарядного кабеля.
  4. Вставляют в посадочное место телефон, предварительно надо установить приложение, переворачивающее изображение на 180°, или деактивировать автоповорот и разместить смартфон вверх ногами.
  5. Просмотр организовывают в хорошо затемненном месте.

проектор из телефона

Из телефона

Не секрет, что современные гаджеты широко и успешно используются как для общения, так и обмена видео. Это позволяет использовать мобильные устройства в роли источника изображения при создании видеопроектора. Теоретически работа проектора основана на преобразовании сигнала, поступающего с дисплея телефона на нужную поверхность при помощи линзы. Ключевым моментом при этом будет создание корпуса проектора, обеспечивающего максимальное затемнение пространства. Не стоит забывать также о наличии креплений для оптического прибора и непосредственно самого смартфона.

Правильно подобрать увеличительное стекло достаточно просто. Важно учитывать, что размеры линзы должны соответствовать габаритам экрана источника сигнала. Для установки лупы, как правило, используют переднюю панель корпуса проектора. Закрепить внутри самодельного устройства сам телефон можно при помощи небольшой коробочки или ребер, изготовленных из картона. Важно помнить, что телефон располагают в вертикальном положении.


Для создания проектора на базе рекордно популярного мобильного устройства потребуется минимальный набор материалов и инструментов. При этом сам алгоритм действий будет максимально простым. Алгоритм сборки устройства предусматривает следующие действия.

  1. Выбрать стороны коробки, расстояние между которыми будет максимальным.
  2. Найти и отметить середину на стороне корпуса, после чего вырезать отверстие по размерам линзы.
  3. Жестко зафиксировать увеличительное стекло с помощью обычного скотча или же клея. Важно избегать их попадания в просвет лупы, что негативно отразится на качестве картинки.
  4. Изготовить крепления для смартфона так, чтобы они не перекрывали дисплей гаджета.
  5. Опытным путем найти оптимальное положение источника сигнала по отношению к линзе.
  6. Сделать в корпусе отверстие для вывода наружу провода зарядки смартфона.




После завершения всех перечисленных манипуляций проектор будет готов к эксплуатации. Но для его использования понадобится установить на телефоне специальное приложение, которое позволит повернуть изображение на 180 градусов. Кстати, на некоторых моделях достаточно будет деактивировать функцию автоповорота и просто расположить сам девайс вверх ногами. Просматривать видео и картинки лучше всего в темном помещении.


Также из смартфона и полимерных пластин можно сделать достаточно качественный голографический проектор. Однако стоит учесть, что подобная самоделка потребует определенных финансовых затрат. При этом качество изображения будет оставлять желать лучшего.

Проектор из планшета, ноутбука

У проецирующего устройства из ноутбука, планшета или даже из небольшого монитора компьютера (сам блок ПК будет стоять отдельно), качество изображения будет лучше, так как экран габаритнее.

Рассмотрим «гуманный» метод, при котором от ноутбука не надо отсоединять матрицу с монитором. Негуманный способ тот же, но гаджет разбирают, вытаскивают указанный узел и используют его как дисплей, при этом потребуется удлинительный шлейф к части с клавиатурой (он продается в магазинах электроники, на интернет площадках).

Проектор из планшета

Потребуются те же инструменты, что и в предыдущем случае, но картонную коробку или ящик надо взять побольше, например, от габаритных бытовых приборов. Фронтальная ее часть должна подходить под размер матрицы, длина — от 50 см. Линза должна быть большая. Можно купить (линзы Френеля или обычные), снять с устройства для полностраничного чтения книг или со специальных ламп, которые используются при реставрационных работах, в медицине, лабораториях (круг с подсветкой с лупой).

Проектор из ноутбука

Процесс сборки поэтапно:

  1. Для увеличительного стекла делают отверстие на торце ящика чуть меньше линзы для ее надежного закрепления.
  2. Фиксируют объектив скотчем, силиконовым клеем, акриловым герметиком, эпоксидной смолой. Прилегание должно быть плотным для исключения попадания света внутрь.
  3. На противоположной стенке прорезают разъем для экрана ноутбука. Края картона должны заходить на него нахлестом по указанной выше причине.
  4. Раскрывают ноутбук и размещают его вверх ногами, так, чтобы клавиатура была на верху короба, а монитор помещался в отверстие для него. Таким образом, одновременно реализуется нужный нам принцип оптического переворота линзой.

Так же как описано можно приспособить планшет.

На базе планшета и ноутбука

Изначально следует акцентировать внимание на том, что подобные устройства с точки зрения качества картинки сильно отличаются от описанного выше варианта. Кстати, сделать проектор из планшета и ноутбука можно как максимально «гуманным» способом с сохранением целостности источников сигнала, так и пойдя по пути извлечения матрицы.


Для создания проектора на базе ноутбука (нетбука, ультрабука) понадобится все та же коробка соответствующих размеров и большое увеличительное стекло. Кстати, с функциями последнего в подобной ситуации неплохо справляются линзы Френеля и оптические приборы, предназначенные для полностраничного чтения книг. Для сборки проектора потребуется выполнить следующие действия.

  1. Сделать отверстие на торцевой стороне коробки под увеличительное стекло. Размеры последнего должны быть немного больше, чтобы его можно было качественно закрепить по краям.
  2. Зафиксировать линзу в отверстии корпуса при помощи скотча, изоленты или же силиконового герметика. При этом следует убедиться в плотном прилегании будущего объектива к картону. В противном случае внутрь проектора будет проникать свет, что само по себе отразится на качестве транслируемого изображения.
  3. В противоположной стенке коробки сделать отверстие для монитора ноутбука или планшета так, чтобы картон шел внахлест. Это необходимо также для предотвращения проникновения света.
  4. Расположить источник сигнала вверх ногами (клавиатура ноутбука при этом расположится на крыше проектора) с учетом принципа переворота картинки самой линзой.

После того как будут завершены все указанные действия, проектор из ноутбука будет готов к эксплуатации. Его достаточно только включить.



Из аппарата для просмотра слайдов

Использование для самоделки уже готового аппарата многократно упрощает саму задачу. Это обусловлено тем, что из процесса исключаются манипуляции, связанные с настройкой оптических приборов и соответствующих эффектов. Все необходимые действия уже были реализованы на заводе-изготовителе. Ключевым моментом будет выбор транслятора сигнала.

Сам процесс изготовления самодельного аппарата является не более сложным, чем рассмотренные выше варианты. Для реализации задумки необходимо предпринять следующие шаги.

  1. Извлечь матрицу из гаджета. При этом важно все действия выполнять с максимальной осторожностью, чтобы не повредить в процессе демонтажа дисплей, являющийся хрупким элементом.
  2. Демонтировать плату мобильного устройства, через которую впоследствии будет осуществляться сопряжение с ПК или ноутбуком как источниками сигнала.
  3. Разместить матрицу на стекле так, чтобы между ними был зазор в 5 мм. Последний необходим для движения воздуха с целью вентиляции, поскольку в процессе эксплуатации устройства данные поверхности будут нагреваться.
  4. Рядом с упомянутым зазором разместить кулер для эффективного охлаждения. С учетом незначительного веса данный прибор легко закрепляется изолентой или двухсторонним скотчем.


На завершающем этапе останется только включить матрицу и кулер, а также запустить на компьютере или ноутбуке материал для просмотра. Справедливости ради необходимо отметить, что такой проектор обеспечит достаточно высокое качество. Кстати, при желании можно найти максимально компактные приборы для просмотра слайдов. И речь в данном случае идет о соизмеримости с матрицами смартфонов.

Рекомендации

Создавая самодельный проектор любым из описанных выше способов, следует принимать во внимание его предназначение. Именно от особенностей эксплуатации будут напрямую зависеть основные характеристики будущего мультимедийного устройства. Для достижения положительных результатов стоит придерживаться следующих рекомендаций.

  • Для частого просмотра фильмов и других видеоматериалов всей семьей или в компании лучше использовать проекторы, изготовленные на базе планшета, ноутбука.
  • Как было описано ранее, корпус самоделки можно выполнить и из картонной коробки. Однако более подходящими материалами будут фанера или МДФ.
  • Особого внимания заслуживает устойчивость аппарата.
  • При трансляции изображения на высокорасположенный экран стоит заранее позаботиться о наличии соответствующей по размерам подставки для проектора с учетом необходимости соблюдения углового излучения.
  • Максимальное качество картинки возможно при минимальном освещении помещения.

Существуют способы повышения качества изображения, транслируемого проектором, изготовленным в домашних условиях. Это предполагает следующие действия.

  1. Настроить на источнике сигнала предельно высокие яркость и контрастность.
  2. Полностью исключить возможность попадания света внутрь корпуса.
  3. Выкрасить внутренние стенки устройства в темный цвет. Идеальный вариант – это отделка черной бархатной тканью.


Также в рамках «борьбы» за качество картинки на экране можно уделить внимание настройкам самого проектора. Маленькие хитрости помогут избавиться от размытого изображения и нечеткости. Помимо всего уже перечисленного, стоит напомнить о необходимости охлаждения матриц планшета и ноутбука. Также важно учитывать, что оптимальное расстояние от зрителей до экрана составляет 3-4 метра.

Качество будет зависеть не только от уровня освещенности помещения, но и от состояния самого экрана.


При создании голографического самодельного проектора тоже существуют определенные нюансы. С учетом стоимости всех необходимых комплектующих не лишним будет позаботиться о максимальном сокращении затрат. Так, к примеру, пирамида может быть выполнена из футляров для CD. При этом необходимо произвести склеивание всех элементов с максимальной точностью и аккуратностью.

Отдельно следует заострить внимание на способе изготовления проектора, в котором ключевым элементом будет извлеченная матрица. Важно помнить, что речь идет о достаточно хрупком элементе конструкции ноутбука, планшета или смартфона. Повредить дисплей можно очень легко. Исходя из этого, при отсутствии соответствующих знаний и навыков рациональнее всего будет выбрать более простой вариант создания мультимедийного устройства. Альтернативой в такой ситуации может стать обращение за помощью к опытному специалисту, который произведет демонтаж матрицы и платы.

Преимущества проектора:

 

  • Развертка осуществляется с помощью зеркал по X и Y.
  • 2x 35 мм шаговый двигатель с шагом 0,9 градусов — 400 шагов / об. — 5 В.
  • Автоматическая калибровка зеркал.
  • Удаленное управление (через bluetooth по желанию).
  • Автоматический режим.
  • Приложение для удаленного управления с графическим интерфейсом.
  • Открытый исходный код.

Дешевый лазерный проектор
Лазерные проекторы можно разделить на две основные категории. Либо они используют дифракционное стекло / фольгу для проецирования рисунка, либо у них есть система, которая перемещает лазерный луч в направлениях оси XY, то есть классическая развертка как в телевизорах с кинескопом. Второй вариант всегда имеет большие преимущества, потому что можно запрограммировать шаблон, который будет проецироваться. В то время как в первом случае лазерный луч проецирует статическое изображение, во втором лазер все еще состоит из одного луча, который движется очень быстро, тем самым рисуя изображение. Если лазерный луч движется очень быстро, то мы воспринимаем картинку как единое целое. Обычно эта развертка делается с помощью двух перпендикулярных зеркал, каждый из которых способен перемещать лазерный луч по своей оси. Объединив мы получим возможность располагать луч где захотим.
Дешевый лазерный проектор
Дешевый лазерный проектор
В профессиональных проекторах обычно используются гальванометрические сканеры. Они могут позиционировать лазерный луч в 60000 разных местоположений за 1 секунду. Это создает действительно гладкую проекцию без стробоскопического эффекта. Однако такие проекторы стоят очень дорого. Я использовал в своем проекторе шаговые двигатели. Они, конечно, не такие быстрые, но зато дешевые.
Лазер рисует рисунок, вращаясь по линиям снова и снова на очень высокой скорости. Иногда есть несколько частей шаблона, которые не связаны друг с другом. В этом случае каждая буква разделяется, однако, когда лазер перемещается из одной буквы в другую, он создает нежелательную линию. Это решается выключение лазера на короткий промежуток. Вся идея заключается в том, что лазер переключается при переходе от одного к другому. Это делается с помощью высокоскоростного блока управления, который необходимо синхронизировать с системой сканирования.
Говоря проще, то шаговые двигатели вращаются с заданной скоростью синхронизации, проходя всю область проецирования. А лазер попеременно выключается и включается, проецируя нужные области.
В приведенном ниже списке вы можете найти компоненты, которые я использовал, и ссылки на магазин где я их купил.

  • Arduino Uno — AliExpress
  • Adafruit Motor Shield V2- AliExpress
  • Лазерный модуль зеленый — AliExpress
  • 2x 35 мм шаговый двигатель 0.9 ° — 400 шагов / об. — 5 В — AliExpress
  • Светодиод 3 штуки — AliExpress
  • Модуль HC-06 Bluetooth Serial Module — AliExpress
  • Фотодиод — AliExpress
  • Транзистор BC547B — AliExpress
  • 2K переменный резистор две штуки — AliExpress
  • Переключатель — AliExpress

А затем некоторые материалы и инструменты, которые вам понадобиться.

  • Зеркало двустороннее (лучшее металлическое зеркало, такое как HDD).
  • Алюминиевый лист (или железный).
  • Горячий клей.
  • Провода.
  • Плоскогубцы.
  • Дрель.
  • Коробка распределительная.

Реализация

 

Горизонтальная развертка

Откуда можно взять быстро вращающееся зеркало? Из старого лазерного принтера!
В лазерных принтерах для развертки лазерного луча вдоль листа бумаги используется именно многогранное (полигональное) зеркало, установленное на валу скоростного бесколлекторного двигателя. Обычно этот двигатель закреплен на печатной плате, которая им и управляет.
У меня уже был подходящий зеркальный модуль из принтера:

Документацию на сам модуль и использованную в нем микросхему найти не удалось, так что для определения распиновки модуля мне пришлось провести простой реверс-инжиниринг. Линии питания на разъеме найти довольно просто — они подключены к единственному на плате электролитическому конденсатору. Однако просто при подаче питания двигатель вращаться не будет — на плату нужно подать сигнал тактирования, который определяет скорость вращения. Этот сигнал — простой меандр частотой от 20 до 500-1000 Гц (для разных моделей может быть по разному).
Чтобы найти нужную линию, я взял генератор импульсов, настроенный на частоту 100 Гц, и подсоединял его выход через резистор в 470 ко всем свободным линиям разъема лазерного модуля. При подаче сигнала на нужную линию мотор начал вращаться. Скорость вращения зеркала получается очень высокой, последующие измерения показали, что она может превышать 250 об/сек. Но, к сожалению, из-за большой скорости вращения мой лазерный модуль довольно громко шумел. Для экспериментов это не является проблемой, а вот для постоянной работы проектора это плохо. Возможно, что за счет использования более нового зеркального модуля или установки конструкции в коробку уровень шума можно значительно снизить.

Лазер

Для первых тестов я использовал лазерный модуль из дешевой указки. Модуль должен быть закреплен так, чтобы его можно было поворачивать по нескольким осям — это нужно для того, чтобы правильно направить лазер на зеркало:

Так как из-за использования растровой развертки свет лазера распределяется по всей площади изображения, то яркость формируемого изображения выходит довольно низкой — изображение можно видеть только в темноте.
Поэтому, уже после того, как я получил изображение, я заменил лазерный модуль на другой, в котором использован лазерный диод из DVD (пример изготовления такого модуля).

Внимание — лазер из DVD очень опасен для зрения, все работы с таким лазером нужно проводить в специальных защитных очках!

Конструкция крепления этого лазерного модуля такая же, как и у предыдущего.
Лазер и модуль полигонального зеркала я установил на небольшой дощечке из оргалита. Лазер должен быть закреплен в одной плоскости с зеркалом. После подачи питания с сигнала тактирования на мотор и питания на лазер нужно выставить лазер так, чтобы его луч попадал на грани зеркала. В результате при вращении полигонального зеркала формируется длинная горизонтальная лазерная линия.

Фотодатчик синхронизации

Для того, чтобы управляющий микроконтроллер мог отслеживать положение движущегося лазерного луча, нужен фотодатчик. В качестве фотодатчика я использовал фотодиод, закрытый кусочком картона с прорезью. Прорезь нужна для того, чтобы более точно обнаруживать момент попадания луча на фотодиод.
Вот так выглядит крепление фотодиода (без картона с прорезью):

При нормальной работе мотора отраженный луч лазера должен сначала попадать на фотодатчик, а потом уже — на зеркало вертикальной развертки.
После того, как датчик был установлен, я проверил его работу, подав на него напряжение через резистор. Сигнал с датчика я наблюдал осциллографом — его амплитуда оказалась достаточной для того, чтобы подключить датчик напрямую к GPIO входу микроконтроллера.

Вертикальная развертка

Как я уже упоминал ранее, для формирования вертикальной развертки я использовал периодически колеблющееся зеркало. Каким образом можно сделать привод такого зеркала?
Самый простой вариант — использовать подгруженный электромагнит. Иногда в простейших конструкциях лазерных проекторов используют зеркала, прикрепленные к обычным динамикам. Но такое решение обладает большим количеством недостатков (плохая повторяемость результатов, низкая технологичность конструкции, сложность в калибровке).
В своей конструкции проектора я решил использовать BLDC мотор из DVD для управления зеркалом вертикальной развертки. Поскольку проектор изначально планировался для вывода текста, это значило, что отображаемых линий будет немного, а значит, что зеркало нужно поворачивать на небольшой угол.
BLDC мотор из DVD содержит три обмотки, входящие в состав статора. Если одну из обмоток подключить к плюсу источнику напряжения, а две других поочередно соединять с его минусом, то ротор двигателя будет колебаться. Максимальный угловой размах колебаний определяется конструкцией мотора, в частности, числом его полюсов. Для мотора из DVD этот размах не превышает 30 градусов. Благодаря достаточно большой мощности такого мотора, простоте управления (нужно всего два ключа), вращательному движению этот мотор очень хорошо подходит для изготовления простого текстового лазерного проектора.
Вот так выглядит мой мотор с приклеенным к нему зеркалом:

Стоит обратить внимание на то, что отражающая поверхность зеркала должна быть впереди, то есть не закрыта стеклом.

Конструкция в целом

Вот так выглядит проектор целиком:

Проекционная часть крупным планом:

Полигональное зеркало вращается по часовой стрелке, так что луч лазера двигается слева направо.
Здесь уже установлен мощный лазерный диод из DVD (внутри коллиматора). Зеркало вертикальной развертки установлено таким образом, что проецируемое изображение оказывается направлено вверх — в моем случае, на потолок комнаты.
Как видно из фотографии, лазером и механикой проектора управляет микроконтроллер stm32f103, установленный на маленькой отладочной плате (Blue Pill). Эта плата вставлена в Breadboard.
Схема конструкции:

Как я уже упоминал раньше, для управления мотором полигонального зеркала нужен только один сигнал — тактирования («POLY_CLOCK»), который вырабатывает один из таймеров stm32, работающий в режиме ШИМ. Частота и скважность этого сигнала остается неизменной в процессе работы проектора. Для питания платы мотора я использую отдельный блок питания на 12 В.
Два ШИМ сигнала для управления положением зеркала вертикальной развертки формирует другой таймер микроконтроллера. Эти сигналы заведены на микросхему ULN2003A, которая и управляет мотором от DVD. Таким образом, устанавливая различную скважность ШИМ каналов этого таймера, можно изменять угол поворота мотора.
К сожалению, в существующем виде конструкция не имеет обратной связи по положению зеркала. Это значит, что микроконтроллер может привести зеркала в движение, но его текущего положения он «знать» не будет. Из-за инерционности ротора двигателя и индуктивности катушек изменение направления движения зеркала тоже происходит с некоторой задержкой.
Все это приводит к двум последствиям:

  • Плотность линий получается переменной. Это связано с тем, что скорость вращения зеркала не контролируется.
  • Немалую часть линий использовать нельзя. Вертикальное зеркало колеблется циклично, так что часть времени линии можно было бы выводить сверху вниз, а другую часть — снизу вверх. В результате из-за отсутствия данных о положении приходится отображать линии только при движении мотора в одну строну. Так как отображается только часть линий, яркость изображения падает (то есть лазер используется не полностью).

Тем не менее, благодаря отсутствию обратной связи, конструкция получается очень простой.
Процесс формирования изображения проектором тоже довольно прост:

  • Каждый раз, когда луч лазера попадает на фотодиод, в микроконтроллере формируется прерывание.
    В этом прерывании контроллер определяет текущую скорость горизонтальной развертки. После этого сбрасывается специальный таймер синхронизации. Это — момент синхронизации.
  • Этот таймер синхронизации в определенные моменты времени формирует свои прерывания, соответствующие нужным моментам времени в процессе горизонтальной развертки.
  • В частности, через некоторое время после момента синхронизации нужно начать формировать сигнал управления лазером. Я в своей конструкции формирую его при помощи связки DMA+SPI. Фактически, при помощи этих модулей в нужный момент времени на выход MOSI SPI побитно предается одна из строк изображения.
  • После того, как вывод изображения в строке закончился, нужно принудительно включить лазер. Это нужно для того, чтобы фотодиод смог вновь принять его свет.

Модуляция лазера у меня также реализована при помощи одного из ключей микросхемы ULN2003A. Резистор R3 нужен для простейшей защиты лазерного диода от слишком большого тока. Он закреплен прямо на конце провода лазера и заизолирован. Для питания лазера я использовал отдельный регулируемый блок питания. Важно контролировать ток, потребляемый лазером, и следить, чтобы он не превышал максимально допустимого значения для использованного лазерного диода.
Пример формируемого изображения (шрифт высотой 8 линий):

Некоторое искажение пропорций текста связано с тем, что проектор светит на стену под углом.
Сейчас каждый цикл колебаний зеркала вертикальной развертки состоит из 32 шагов (один шаг соответствует повороту полигонального зеркала на 1 грань).
В текущей реализации проектор может выводить около 14 полноценных линий, остальные линии либо сливаются друг с другом, либо неправильно смешиваются с остальными.
В фотографии в начале статьи также используется шрифт высотой 8 линий. Как видно, даже две строки текста более-менее нормально отображаются.
В то же время таблица знакогенератора в этом проекте содержит шрифты высотой 12 и 6 линий:

На этой фотографии хорошо заметна переменная плотность линий.
Пример «бегущей строки», отображаемой таким проектором:
На видео изображение мерцает по вертикали, в реальности глазом этот эффект незаметен.

Сборка проектора

Начнем собирать «сердце» нашего проектора – бок развертки луча. Для это нам необходимо ножницами по металлу вырезать «L» образную стойку для шаговых двигателей из алюминиевого листа (можно из жести).
Сверлим отверстие и устанавливаем шаговые двигатели. Шаговые двигатели должны быть строго перпендикулярны, но смещены по высоте.
Дешевый лазерный проектор
Дешевый лазерный проектор
Дешевый лазерный проектор
Дешевый лазерный проектор
Дешевый лазерный проектор
Дешевый лазерный проектор

Делаем зеркала.

Чтобы сделать зеркальные элементы нам необходимо взять диск из сломанного жесткого диска. Почему не простое зеркало? – спросите вы. Простое зеркало не подойдет, так как оно зеркально только с одной стороны, а как вы, наверное, помните – зеркала в проекторе крутятся по кругу. Можно использовать и обычные лазерные диски, но они отражают не так хорошо и часть яркости на них будет теряться.
Диск от жесткого диска необходимо разрезать, лучше болгаркой.
Полученные зеркала клеим горячим клеем на шаговые двигатели.
Дешевый лазерный проектор

Электроника

Проектором управляет Arduino Uno плюс драйвер шагового двигателя той же фирмы. Управление осуществляется через блютуз, но можно и напрямую через переходник uart.
Тем, про кто хоть раз работал с Arduino я думаю не стоит объяснять, как что подключать, ну а тем, кто не работал – не вижу смысла.
Лазерный диод питается так же через ардуино с регулировкой яркости. Дополнительно покажу куда подключается фото диод. Этот фото диод нужен для начальной калибровки проектора. Устанавливается он перпендикулярно верхнему двигателю, обратите внимание на отверстие, над нижним двигателем.
Дешевый лазерный проектор
Дешевый лазерный проектор
Дешевый лазерный проектор
Дешевый лазерный проектор

Калибровка

После того как вы все собрали о отладили необходимо откалибровать проектор. Для этого мы будем использовать фотодиод помещенный в отверстие на центральной оси прямо над шаговым двигателем оси X. Для получения более точных измерений потребовалась схема с переменным резистором. При калибровке мы считываем значения из фотодиода, и когда значение превышает определенное значение (лазер непосредственно светит в него), двигатели останавливаются и возвращаются в исходное положение.
Код, программы калибровки.
pseudo code for calibration // 1step = 0.9° / 400steps = 360° = full rotation laserOn(); for (int a=0; a<=400; a++) { for (int b=0; b<=400; b++) { photodiodeValue = readValue(); if (photodiodeValue >= photodiodeThreshold) { laserOff(); returnHome(); } stepY(1,1); } stepX(1,1); } laserOff(); unsuccessfull();

Окончательная сборка

Весь проектор была помещен в пластиковую распределительную коробку и затянут винтами. Проектор получился портативным, просто подключите источник питания, переключите переключатель, и у вас есть свое лазерное шоу.
Дешевый лазерный проектор
Дешевый лазерный проектор

Приложение для управления лазером

Управляющее приложение было создано на C# и позволяет переключаться между шаблонами, настраивать скорость и видеть текущие действия.
Дешевый лазерный проектор

Видео работы проектора


Источники

  • https://habr.com/ru/post/407591/
  • https://ProFazu.ru/bytovaya-tehnika/samodelki/proektor-svoimi-rukami.html
  • https://stroy-podskazka.ru/proektory/svoimi-rukami/
  • https://SdelaySam-SvoimiRukami.ru/3696-deshevyy-lazernyy-proektor.html

[свернуть]

Adblock
detector