台式投影机造型及结构设计

1、1 绪 论1.1 投影机发展历史投影机是伴随着光学、电子学等许多学科的发展而发展起来的。显像技术、集成电路技术、数字技术、音视频技术等的产生和进步都共同促进了投影机的发展壮大。crt投影机的历史可以回溯到上世纪50年代，然而，直到二十世纪80年代。crt投影技术才正式作为商业用途，应用领域由飞机发展到会议室、教室和剧院。爱普生公司在投影机的发展历史中起着举足轻重的作用研制成功了世界上第一块lcd投影板，并于1989制造出世界上第一台lcd投影机vjp-2000，由此开创了lcd投影机的新时代。90年代末还发明了微透镜技术，使lcd投影机的亮度开始迅速攀升。lcd技术的产生极大地推动了投影机的发

2、展，同时也使crt投影机渐渐退出历史舞台。美国德仪在1987年发明了一种速度极快的反射性数字光开关dmd微芯片，标志着dlp技术诞生，1991年富可视公司研制成功全球第一台数据投影机（litepro系列），标志着dlp投影机技术成熟。dlp投影技术发展至今，已经形成和lcd两分天下的局面。lcos投影技术技术最早出现在上世纪九十年代末期。其首批成型产品是由aurora systems公司于2000年开发出的。它作为后起之秀，有很光明的发展前途。如今，投影机广泛应用于生活的各个领域。1.2 国内外发展现状及趋势1.2.1 发展现状在经历短短20年左右时间的发展后，近年来数字投影机已成为整个it行

3、业的新热点。投影机的应用领域从最初的飞机上录像播放，发展到会议室的商务演示、学校的教学演示和剧院的大屏幕放映。上世纪90年代以后随着个人电脑的快速发展电脑中的文本、数据和图像成为商务、教学及多媒体演示的重点这对投影机的投影成像质量提出了更高的技术要求。同时，越来越多的各种展览活动、技术培训、学术交流、会议演示等也推动了投影设备在各个领域的大量应用。就我国来说，从投影机进入市场以来，一直呈快速发展的趋势，随着投影机技术的不断发展，整个产业链不断成熟，同时国家大力发展教育、政府的信息化建设，市场需求不断增加，整体市场增长迅速。在过去的四年中国投影机市场销量和销售额逐年增长，08年中国投影机市场销量

4、为74.5万台，增长为14.2%。就品牌来讲，关注度相对分散，明基、东芝等品牌虽有较大领先优势，但没有形成几大厂商把持市场的局面，竞争也异常激烈。领先的十家品牌按关注度多寡形成三个梯队，梯队间差距明显。就显示技术类型来讲，目前投影机主要有三类显示技术：dlp、lcd、lcos。三种显示技术各有长短：采用dlp技术的投影机画质高，但色彩显示稍逊；lcd技术在色彩显示效果和亮度方面占优，但对比度较低；lcos技术是采用lcos面板对lcd技术的改进，但因尚未大规模量产，推广受到限制。市场依然是cld投影技术和dlp投影技术两分天下的局面。根据zdc（中关村调研中心）对2007年6月份投影机市场不同

5、显示技术的用户关注度调查反映了这一点（图1.1）。采用dlp技术的产品获得53.23%的关注比例。lcd投影机的用户关注比例为45.86%。采用lcos技术的产品所获关注比例仅为0.91%。 图1.1 2007年6月中国市场不同显示技术投影机关注比例分布就应用领域来讲，投影机产品在中国市场经过几年的发展，已经脱离了专业产品的形象而越来越大众化。投影机用户从最初的少数专业用户，扩大到教育、家用、商业等各行业的普通用户群。2009年，国内市场主要用户将分布在以下领域：教育行业领域（正规教育与社会教育）、政府、行业部门、商务办公领域（外企、国企单位）、军队用户、it行业用户和普通家庭娱乐领域。1.2

6、.2 发展趋势随着科学技术的不断进步，投影机的需求和发展将更加迅速，结合其发展历程和现状，可以知道，其发展主要有以下几个趋势:1、 市场和使用范围继续增大 从全球投影机市场发展情况来看，全球投影机销量每年以35%左右的速度增长，而中国投影机市场更是以高于40%左右的增长，其市场发展潜力是巨大的。同时，随着经济发展、投影机价格下降和人们生活品质的不断提高，其应用的领域也不断得以拓展，这种趋势将在未来进一步加强，教育行业的应用趋于饱和，新兴的应用领域如商用、家庭娱乐、it专业用户将得到大力发展，潜力巨大，势必成为各大制造厂商新的战略争夺点。2、投影技术更加多样先进 在未来的一段时期，lcd和dlp

7、投影技术依然会是市场主流，两分天下的局面不会很快发生改变，但是，投影技术不会止步于此。随着lcos投影显示技术的不断成熟，势必对传统投影技术发起强劲挑战。同时，德仪公司开发中的新一代dlp pico芯片组、led光源技术、激光光源技术等新兴投影技术将有很大发展空间。3、 性能越来越好技术的进步势必会带动投影机性能的提升：新一代dlp pico芯片组把性能基准提升到一个新高度，新产品将拥有wvga分辨率，以及更高的亮度和功率，同时采用更薄、更小的光学引擎模块，促使投影机的体积更加小巧，以满足当今手持设备的需求。led光源技术的进步使投影机的色域范围、寿命以及可靠性等方面的表现更为出色。倍速液晶代

8、表机型爱普生eh-tw4000，秉承“视觉为先”的设计理念，该机配备具有“帧插补技术”的高规格d7水晶面板，并且植入最新的deepblack（液晶遂影）技术与新型的e-torl灯泡，最终打造出业界最高的75000:1对比度，使画面更加具备层次感，细节表现尤为突出。值得一提的是，eh-tw4000首次引入hqv技术，有效地控制了噪点，减少了锯齿，令显示画面更加犀利。“视觉盛宴”越来越让人陶醉！4、特色技术应用广泛 随着投影机的应用领域的不断扩展，对不同领域的投影机的不同特性就有了突出要求，所以，一些特色技术的应用，也同样增强了投影机的卖点。例如：无线连接技术可以轻松实现无线投影，使操作大大简化；

9、为了增强投影机的易用性，厂商不仅要在连接方式下足功夫，而且在操作调试方面也需要大幅简化，智能一键式操作技术集自动开关机、自动聚焦、自动梯形校正以及自动信号搜索功能于一身，使用极其方便；明基智能型t型风流散热系统、松下液体自循环散热技术等技术的应用使投影机的散热性能大大增强。5、 成本进一步下降技术的发展，销售渠道的开阔，竞争的加强，都会让投影机的价格和成本继续下降，不久的将来，投影机有望像手机、电脑一样飞入寻常百姓家。1.3 研究本课题的目的意义it技术是当代高技术的核心。换句话说，当代科学技术进步很大程度上取决于it的发展，其凭借着超越传统技术的优势，极大地影响着产业结构的变动方向。现代产业

10、结构理论认为，产业结构的高度合理化，是促进经济增长的有效方式。20世纪90年代以来发达国家拥有的先进技术正构成一个以it为主体的高技术群体，形成一次世界范围的新技术革命。而新技术革命将为中国产业结构成长提供更多的后发优势，从而使中国的产业结构成长有更大的历史跨越。谁占领技术的制高点并使其产业化，谁就会获得21世纪经济的主导地位。近年来，世界各国和地区都制定和实施了21世纪信息技术产业化发展战略，积极发展信息技术及其产业。这对我们既是机遇，又是挑战。我们应该制定和实施科学的战略和策略，抓住机遇，迎接挑战，积极发展信息技术及其产业，带动经济社会的可持续发展。作为it产业的一个分支，投影技术对于未来

11、中国调整产业结构，加大第三产业的发展，实现经济转型，有重要意义。2007年胡锦涛主席在河南中光学集团公司南方辉煌图像信息技术有限公司看望一线职工时说：“电视产业是个重要产业，在液晶面板技术上，我们缺乏核心技术。我们要迎头赶上，要超前点、看远点，不要老跟在人家后头。”随着人们工作生活节奏越来越快，工作娱乐的已经密不可分。随着家庭影院的普及，越来越多的朋友已经开始选择用投影机作为他们的视频播放设备。现在的人们更希望随时随地享受高品质的视听。希望出现更加便携、易用的大画面影响产品，能够轻松的游走于工作和生活之间。在目前的视听产品市场，投影机作为目前最专业的视频设备，是最有希望成为下一个个人数码影像消

12、费新宠。在这种市场需求下，我们研究投影技术，加快市场份额占领，对于我们发展市场经济，引领未来经济潮流有重要意义。为此，通过本次设计，应从中掌握现代投影机的设计，设计出能够应用于社会生产和满足市场需求的投影机，并且从中更好的掌握大量所学的知识，理论联系实际，更好地锻炼自己的设计能力，动手能力。1.4本设计的指导思想和主要问题本设计是我机电专业知识的一次较全面的机电一体化设计训练，其主要思想是运用电子和机电一体化知识，进行机械设计，是电子技术和机电一体化设计基础课程重要的综合性与实践性环节。通过本课程的设计，能综合运用机械设计课程和电子技术及其他有关先的理论，结合生产实际知识，培养分析和解决一般工

13、程实际问题的能力，并使所学知识得到进一步巩固、深化和扩展。学习机电一体化设计的一般方法，掌握通用机械零件、机器造型和结构设计原理和控制过程。进行机电一体化设计基本技能的训练，如计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、图册、标准和规范等）。考虑如何设计出满足生产要求的投影机系统。 2 方案选择2.1 投影机基本知识2.1.1 投影机的分类首先,从投影机的用途来分，大致上可以分为:商务演示型，教育演示型，家用娱乐型，舞台影院型四种。其次,从投影机成像器件核心技术的不同，可以分为crt（阴极射线管投影机crystal ray tube）、lcd（液晶投影机liquid crystal display）

14、、lcos(反射式液晶投影机liquid crystal on silicon)和dlp（数字光学处理器投影机digital light processor）四种主要类型。2.1.2 crt投影机crt是英文cathode ray tube的缩写，即阴极射线管。crt投影仪是应用最早、最广泛的显示技术，它把信号源分解成r、g、b三原色电信号，分别在三个crt管上产生图像，再通过一套光学系统投射到银幕上（图2.1）。由于采用了三个crt管，通常称这类投影仪为三枪式投影仪。crt技术经过长时间的发展，已经比较成熟，它的优点是图像色彩丰富、还原性好，但是分辨率与亮度之间具有相互制约的问题，因此它的分

15、辨率和亮度不是太高。此外，crt投影仪具有操作比较复杂、机身体积庞大、价格昂贵、适应环境差等缺点，目前已经逐渐退出市场。图2.1 crt投影技术原理 2.1.3 lcd投影机lcd即liquid crystal device的英文缩写，即液晶设备。lcd投影仪又可分为液晶光阀和液晶板两种技术。 液晶光阀投影仪是采用crt管和液晶光阀作为成像器件，属于crt投影仪与液晶光阀相结合的产物。它采用外光源，解决crt成像分辨率与亮度间的矛盾，有效的消除了crt投影仪的缺陷，但是液晶光筏投影机继承了crt投影仪体积大的缺点，因此应用范围不广，只是一个过渡性的产品。 液晶板投影仪是采用液晶板作为成像器件，

16、将外光源金属卤素灯或uhp（冷光源）直接透射过液晶板，通过光学组件投射到银幕上成像（图3）。这类产品的特点是分辨率和亮度高、色彩艳丽、体积小、价格适中，缺点是由于采用了直接透射的技术，所以液晶板和灯炮的寿命相对短一些。lcd投影仪目前大量应用于各个领域，是主流技术产品之一，它的核心技术掌握在日本的厂商手里，所以市面上的lcd投影机大部分为日系知名厂商制造生产，如sony、panasonic等。图2.2 lcd投影技术原理 2.1.4 dlp投影机 dlp是英文digital light processor的缩写，即数字光处理器。dlp投影仪也被称为数字光路投影仪，它脱离了传统的模拟显示模式，实

17、现数字信息显示。它采用dmd（digital micromirror device）数字微反射器作为光阀成像器件，使图像灰度和色彩都达到很高的等级，图像噪声较低，色彩还原真实度高，画面质量稳定。另外采用反射式dmd器件使成像器件的总光效率达60以上，对比度和亮度的均匀性都较为出色，也延长了关键器件的寿命。dlp投影仪清晰度高、画面均匀、色彩锐利、体积小巧，不需要进行会聚调整，可随意变焦，调整很方便，但是价格相对贵一些。dlp技术在全球前投影市场的市占率更已取得连续多年的成长。可以预见的是，dlp的风潮将在世界各地持续延烧，其触角也将延伸至更多更新的领域，让全球各地的消费者都能亲身体会dlp技术

18、与产品所带来的优质视觉享受。2.1.5 lcos投影机 lcos是英文liquid crystal on silicon的缩写，中文含义为基于硅片的液晶成像器件。它利用现有的微电子制程工艺，在更小的晶元面积上集成更多的显示元，因此具有很高的分辨率，同时又减低了成本。lcos投影仪在色彩饱和度和还原度、动感画面连续性上都有较佳表现，体积也可以做得比较小巧，价格比较有竞争优势，同时与lcd技术相比在亮度、分辨率上也有很大提高。lcos投影机主要应用于演示和娱乐，是今年刚兴起的产品，目前见之于市面的机型还比较少。业界人士预测，lcos投影仪将会逐渐成为主流，与日系的lcd、欧美的dlp技术抗衡，形成

19、投影仪的三大技术阵营。 图2.3 lcos投影技术原理2.2 方案分析与选择根据以上分类，同时结合设计任务，可以拟定两种方案供选择：方案1：lcd投影机方案2：dlp投影机经分析设计要求，本设计的台式投影机主要运用于家庭娱乐，建立家庭影院系统，结合用途和工作环境，势必要在投影机的便携性、工作噪音、解析度和对比度方面有较高要求，以便达到高清画质；同时，对于现在普遍刮起的宽屏风暴来说，16:9的画面比例正好是人眼睛视野的黄金比例，那么我们有理由选择16:9的投影机供家庭影院的使用。而且，用这样的屏幕观看电影，可以感觉画面更加开阔、舒适，让我们在家也享受电影院的宽屏效果。因为dlp投影机有以下特点：

20、1、结构紧凑，与三板lcd投影机相比，单板式dlp光学结构简单，原件体积小，重量轻，最适合投影机瘦身。 2、光效率高：由于原理限制，透射式lcd光利用率不高，再加上像素边界和电路部分对光线的遮挡，总透光率还不到10%。而dlp采用反射技术，而且反射镜之间的间隙比较小，光利用率可以达到20%-30%。所以为达到同样的亮度，dlp投影机需要的光源功率更低，省电而且更可以简化散热系统进一步降低体积、重量和噪音。 3、高对比度：dlp技术对比度可以达到800:1-1600:1（全黑全白方式测得），画面反差好，立体感强。而lcd受液晶材料性能的限制，对比度要逊色一些，只有400:1-800:1。 4、寿

21、命长，画质稳定性好：反射技术使得dmd芯片吸收能量相对较少，而且由于采用半导体器件，耐高温性能好，长期使用后画面也不会出现明显的劣化。而lcd面板中的液晶分子长期受热被分解破坏，导致图像质量严重下降。另外，lcd面板必须由流动空气降温，容易积累灰尘，不仅会影响图像质量，还会造成热量集中，进一步降低寿命。由于耐温性好，dlp可以采用相对密闭的光机结构，避免灰尘沉积引起图像质量下降。5、没有汇聚问题：lcd投影机大多为三板式结构，如果三色光路没有非常精确地叠加在一起，就会出现三色对齐不准汇聚失真，和crt显示器有些类似。常见的dlp投影机采用单板结构，利用旋转色轮产生色彩，不存在叠加不准的问题，没

22、有汇聚失真。 6、响应速度快：dlp画面切换的响应时间只有几毫秒，画面中高速运动的物体也能保持清晰锐利。而lcd由于响应时间在十几至几十毫秒，这种切换延迟会造成画面模糊。综合以上要求，本次设计选择设计dlp投影机以满足使用要求，投影方式选择正投。3 总体设计3.1 光学系统设计3.1.1 dlp投影技术结构及成像原理dlp(digital light processing)即数字光处理，它的出现使我们在拥有捕捉、接收、存储数字信息的能力后终于实现了数字信息显示。dlp投影机采用的是反射式成像原理，它的核心部件是ti（德州仪器）公司开发的数字微镜元件dmd（digital micromirror

23、 device），利用dmd来完成数字可视信息显示。dlp投影机的光学系统部件包括dmd芯片、灯泡、光学棱镜和投射镜头，dmd芯片是核心部分。dlp投影仪根据dmd芯片的数量可分为单片、双片和三片dmd投影机。在这里选择以单片dmd投影机介绍其基本原理:单片式是三种dlp投影机中结构最简单的一种，只使用一块dmd模组。dmd芯片是一个基于半导体的mems长方形阵列阵列由数百万个微型镜面组成。其中，每个微型镜片对应投射屏幕上的一个点。当图像或图形数据传送至dlp系统时，微型镜片下的电极就会被激活，使微型镜片迎向光源或避开光源，在屏幕中产生一个黑色或白色的像素点。由于微镜片每秒钟可以开关几千次，改

24、变它开关时间的长短后，便可以在屏幕上产生不同等级的灰度。如图5所示，单片dmd式投影仪系统的光源发射光线，经过光学透镜聚焦后投射到一个rgb色彩滤光器上，滤光器为一彩色转盘，转盘上被分割成红、绿、蓝三个区域。工作时，该盘高速旋转，借助时分方案(time sharing formula)，光透过此转盘会分为红、绿、蓝三色光随后这些光线再通过光学透镜平行投射到dmd上，每个微型镜片根据色彩数据调整开关时间后，便可以产生1600万种色彩组合。由微镜片阵列反射的光线，在经过镜头放大投射到屏幕上便形成了一幅彩色图像。如图3.1所示： 图3.1 dlp投影基本原理3.1.2光路设计光在投影机中是非常重要的

25、，没有光，就没有影象被投射出来，光路设计的的瑕疵，或者光路中元件有质量问题的话，不仅使投影机投影出的影响会产生亮度低、亮度不均匀、整机功率消耗过大，还会为投影机产品的寿命大大缩短。光路出现问题，或者光路的几何尺寸公差过大，将会直接导致投影影像亮度变低、颜色出现偏差及投影影像的几何畸形。 在投影机光路中，除去光源灯外，uv/ir镀膜玻璃、冷反光滤镜、芯片、棱镜及镜头是光所经过的全部元器件，它们质量的优劣、设计的好坏将直接影响着每一台投影机亮度的高低、图象质量的好坏。但从根本上讲，都是光路设计的优劣所决定的，而这些，就成为投影机除去lcd、dlp芯片外价格千差万异的又一个因素。所以，我们得综合考虑

26、整个光路，既要简洁，又要高效。本次设计光路部分如下图所示：图3.2 dlp投影机光路图光路设计中，我们面临一个将光束均匀化的问题，投影机用的所发出光的空间分布是不均匀的, 在本照明系统中, 合成光棒起着将灯发出的光均匀化的任务。如图所示, 旋转椭球面灯输出的光会聚到合成光棒的输出端上, 不同角度的入射光在光棒中走的是不同的路线, 这样, 在光棒的输出面上的每个点都将得到来自光源的不同角度光照射, 亦即合成光棒输出端每一点的光强为来自光源的不同角度光的积分, 因此, 光棒也可以称为光积分器件。这样，就很好的解决了光均匀化的问题。先进的光路设计，能使投影机的整个光路系统结构紧凑。这是由于在设计光路

27、系统时要同时考虑到图像显示效果和光学系统对灰尘的隔离效果，从而使得每个光学部件的位置都安排恰当，既保证了紧密又不失秩序。光学部件之间的缝隙全部以手工粘贴海绵条，首先，保护了光学部件，防止投影机在震荡时光路受损；其次，减少由于缝隙引起的漏光现象，使投影图像亮度更高，显示效果更好；也有效阻挡了灰尘的进入和粘附，从根本上对投影机进行防尘保护。3.2 散热系统设计3.2.1 投影机散热的重要性由于投影机属于高精尖的光机电一体化产品，内部元器件对温度十分敏，加之内部构造的复杂性，其自身对于温度的要求比较苛刻，因此投影机同众多电脑部件一样涉及到散热的问题。目前投影机整体朝着便携、超便携投影发展，重量越来越

28、小，散热要求就更高，而且投影机的亮度整体也在提高，这意味着产生的热量也越来越高。这一切都对投影机的散热技术都提出了更高的要求。3.2.2 散热系统设计要求在投影机的散热设计过程中，我们必须要把握投影机散热设计的几个重点，才能迅速将投影机的散热做好： 1、投影机内各组件均温要比降温重要 2、适当的系统流道设计比使用大风压风扇有效 3、特殊的位置使用特殊的散热材料，可以解决热点（hot spot）问题。在一台投影机中，有低温与高温组件，低温组件就是mirror或是lcd panel的组件，高温组件便是灯泡与灯泡附近的光学组件，如ps-converter等，为了节省风扇的使用量，与风扇占用的体积空间

29、，我们通常会将风扇搭配一个流道设计，将冷空气由系统外吸入系统内，并流经低温组件，再流经高温组件，最后排出系统外，达到冷却系统的目的。这样子的设计可以将系统内的平均温度降低，达到系统内均温的效果。此时冷却设计的最大挑战，便是光路的安排是否与冷却流道互相冲突，以及寻求妥协的设计了！ 3.2.3 常用散热设计技术由于散热系统的重要性，目前投影机市场上出现的大多数投影机都具有了各自不同的散热技术。这些不同厂商采用的散热技术，都能够有效控制投影机自身内部的温度，让投影机真正的做到了“发烧也不怕”。因此，在这里对当前的投影机散热技术进行简单介绍：1、双通道立体散热技术：此技术运用了立体逐层排风散热方式，进

30、风孔与出风孔的设计布局分布得更为合理，机器内部的气流循环更加有层次，这使得投影机内的每个发热源都能达到良好的通风散热效果，既没有增加噪音，又使投影机的散热问题得到了有效改善。目前东芝大部分机型都采用了双通道立体散热技术，这项技术并没有采用复杂的设计，只是在结构设计上采用了散热的优化，使得自身的成本并没有因此而提高。2、松下液体自循环散热技术：松下独特地采用了液冷方式。基于这种新开发的液体冷却系统pt-dw7000e不但可有效地控制温度，减少灯泡因过热而受到的影响，而且在最新噪音抑制系统以及控制系统的配合下获得了极佳的静音设计，最大限度地减少了投影机工作时产生的噪音，同时也减少了投影机热气的排除

31、，改善了投影环境。3、联想自动智能散热技术联想自动智能散热技术，其实就是利用风扇转速自动智能调节技术；先进的散热风道设计，整个散热系统仅配置两个风扇；当投影机内部温度过高时，机器高效散热风扇会自动提高转速，从而达到降温的目的，保证了投影机长时间连续工作的稳定性。同时系统温度超出界限时，投影屏幕提示温度异常和关机信息，灯泡自动关闭。虽然散热效果比较出色，但这项技术只在联想的一部分机型中得到了应用。此外，还有夏普四风扇变频智能散热系统和明基智能型t型风流散热系统等等，对投影机的散热系统都有良好改进。在此不作赘述。 3.2.4 散热系统设计本次设计针对光路系统的设计，采用如下设计： 图3.3 散热风

32、道示意图针对投影机内部容易产生散热死角（即热点），影响散热效果，在此内部三个风扇设计，既可保证重要部件的充分散热，又不留任何死角。通过涡轮风扇以通过过金属网直接对灯杯内部进行散热，然后通过外部的“涡旋”回路实现对于灯杯外壁的散热，同时避免了灰尘在灯泡内外壁的吸附。灯泡散热子系统和散热主风通道联系，保证了快速空气流动和热量交换效率.风扇采用智能变频涡轮风扇和液压轴承风扇。智能变频涡轮风扇可根据内部温度高低自动调整转速，保证散热的高效率；液压轴承风扇则可以保持长时间连续低噪音工作。同时，对风扇进行了改造，打造出高效的散热系统。一般投影机采用的散热风扇直径为60 mm，新型风扇的直径则达到了100m

33、m，增加了近73%的风扇面积，优化了投影机内部整体空气流动系统，增大了通风量，大幅度提高机器内部散热效率。而且，大直径风扇降低了产品转速，有效降低恼人的噪音也是一大特色。卓越的散热能力保证了主机内每个热源都可以得到充分的通风散热，即便长时间使用也不致内部过热，提供长时间稳定画质表现。3.3 机箱设计3.3.1 机箱造型设计原则机械产品的造型设计，属于“工业设计”范畴。工业设计是近代一门新兴的边缘学科，它是应用工程技术和艺术手段设计、塑造产品的形象，并将其最后统一在产品的功能、结构、工艺、宜人性、视觉传达、市场关系等而取得人机(产品)环境和谐的一项创造性设计。随着时代的前进，科学技术的发展，人们

34、审美观念的提高与变化，机械产品的造型设计和其它工业产品一样，不断地向高水平发展变化。影响产品造型设计的因素很多，但是，现代产品的造型设计，主要强调满足人和社会的需要，使美观大方、精巧宜人的产品，为人们生活生产活动，并提高整个社会物质文明和精神文明水平。这是现代工业产品造型设计的主要依据和出发点。产品造型没计的原则是实用、经济、美观。同时还要考虑市场销售、产品功能、适用人群等多方面因素，现对其主要原则做出说明。 1、产品的功能 产品的功能是指产品的技术功能，它是产品设计的主要目的，也是工业产品与消费者之间的最基本的关系。产品造型设计应保证产品功能的充分发挥和顺利实现，并能最大限度地发挥出来。对产

35、品进行造型设计时，应首先考虑内在质量，不能片面地追求造型的形式美而忽略性能的先进性、结构的完整性、技术的可靠性以及其它技术指标；在色彩设计时，应首先考虑给使用者或操作者以安宁、良好的工作情绪，减轻视觉疲劳，并有足够的视觉分辨能力，以保证工作效率、产品质量和安全操作，使产品功能得以充分发挥。2、产品的美观 产品造型设计除了使产品充分地表现出其功能特点、反映先进的科学技术水平外，还要给人以美的感受。因此，产品造型设计必须在表现功能的前提下，在合理运用物质设计条件的同时，要充分地把美学艺术中的内容和处理手法融合在整个产品造型设计之中，并要充分利用材料、结构、工艺等条件体现产品造型的形态美、色彩美、工

36、艺美。 （1）形态美 所谓形态美，就是产品具有整体性和规则性，使人感到产品很完善。形态创造指某种特定的造型风格、合理的色彩搭配等，将各部分有机地结合成一整体，给人以一种美感。构成产品形态的造型单元是一些基本的几何体(如立方体、圆柱、圆锥体、球体、棱锥体等)，有时还用到-些较为简洁的曲线曲面。从心理上讲，基本的几何体和简洁的曲线曲面，其形态规则、单纯，形象明确，给人以深刻的印象，并容易达到明快、丰富、抽象的艺术效果，富有时代气息；从生理上讲，人的眼睛习惯于接受简洁的垂直面、水平面以及现代交通工具流线型的曲线曲面轮廓；从工艺上讲，规整的形态适合于现代化大工业生产的特点，制造工艺简单方便，便于大规模

37、、高质量、低成本的生产。 （2）色彩美 所谓色彩美，就是具有一定形态产品的色彩配置，给人以一种愉悦的快感。色彩能对人产生很重要的心理、生理影响，从而赋予色彩以精神功能。对产品的色彩设计，应充分考虑色彩的精神功能，使所设计的色彩给人以美的享受，对人们的生产、生活和人类社会带来积极的效果。 （3）工艺美 所谓工艺美，是指具有理性属性的工业痕迹，是指加工工艺、装饰工艺和材料质感给人的视觉感觉。加工工艺是造型的手段，装饰工艺是使造型更具完美的条件，材料的质感则是造型具有内在的美的基础。 3、产品的宜人性 产品造型设计除了在形态和色彩方面满足人们的生理和心理需要外，在使用和操作方面，也要适应人们的生理和

38、心理需要，即产品的宜人性。为此，设计者在充分考虑人-机-环境因素的基础上，应着重解决好如下几个问题： （1）人与物的协调关系 首先是人的生理特征与物的协调关系，即产品外部构件的尺寸应符合人体尺寸的要求；操作力、操作速度、操作频率等要符合人体动力学条件；各种显示件要符合人接受信息量的要求，以使人感到作业方便、舒适安全。其次是人的心理特征与物的协调关系，即产品的形态、色彩、质感给人以美的感受。解决好人与物的协调关系对提高产品使用效能具有重要的意义。 （2）物与物的协调关系 首先是单件产品自身各零件、部件的协调关系，它包括形态、大小及彼此间的连接关系，其中包含各零件间的线型风格、比例关系等，其次是单

39、件产品与构成相互关系的其它产品的协调关系。 （3）物与环境的协调关系 即物与其所处的环境应相协凋。对安放不动的产品(即不经常更换位置的产品)应与所处环境在形、色、质方面相协调；对运动的产品(即经常变换位置的产品)则应考虑各种变化的环境条件，使其与之相适应。 （4）人与环境的协调关系 即使用产品的人与所处的环境应相协凋。这就要求人所处的环境应具有良好的光源条件，应具有足够的照度，且分布要均匀，不产生阴影、眩目，在视野内无强烈对比；还应具有低噪声、无振动、无污染等气候环境。4、产品的经济性 经济性作为一个设计原则应贯穿于产品设计的整个过程中。 由于产品进入市场就成了商品，而商品的价格与产品的成本有

40、着很大的关系，因此这就要求设计者对产品的成本进行全面的、综合的考虑。产品的成本主要包括材料成本、设计与制造加工成本、包装成本、运输成本、贮存费用和推销费用等。另外，还有生产产品用的机器运行、使用和折旧费用，动力消耗费用，维修费用以及服务费用等。 在现代工业中，经济性不只是指产品的成本，也是指产品的使用效率和可靠性，由于现代工业产品是多品种、大批量，所以对产品设计还应符合标准化、系列化和通用化(即所谓的三化)的要求，使时空的安排、体块的组织、材料的选用等，达到紧凑、简洁、精确，以最少的人力、物力、财力和时间来求得最大的的经济效益。3.3.2 箱体造型设计1、箱体外观考虑投影机为家用，所以在设计上

41、尽量不要过多繁琐的设计和操作，以便非专业人员进行操作和控制，我们在这里选择了长方体的设计箱体设计方案，如图3.4所示，图3.4 投影机箱体从设计来看，具有整体性和规则性，给人以一种美感。产品形态是基本的立方体，简洁而不简单，稳重而不沉闷。从心理上讲，其形态规则、单纯，形象明确，给人以深刻的印象，并容易达到明快、丰富、抽象的艺术效果，富有时代气息；从生理上讲，人的眼睛习惯于接受简洁的垂直面、水平面以及现代交通工具流线型的曲线曲面轮廓；从工艺上讲，规整的形态适合于现代化大工业生产的特点，制造工艺简单方便，便于大规模、高质量、低成本的生产。2、 箱体材料选择纵观市场上的投影机产品，其机箱材料大多为工

42、程朔料，其优点显而易见就是价格低廉，制造方便。但作为一家居用品，考虑到用户对金属质感的特殊要求，在此选择以铝合金为投影机箱体材料，近几年，由于时尚的变化盛行，使用铝合金箱体的投影机已属常见，如明基c-125等多款，从美观性上来说，造型硬朗，棱角分明，可以成为客厅的一件艺术品。当然，铝合金的材料选择不单单是为了外观的漂亮，更多的则是着眼于金属所能提供的高性能。强度好.不易变形,价格低廉,重量轻，最重要的是其传热性能很好，可以为投影机内部的热量散失提供良好表现。箱体采用挤压成型工艺制造，壁厚3mm，内部还设有零部件固定支撑构架，所有这一切赋予了这只轻巧箱体无比的高强度，可以承受偶尔的挤压和磕碰。表

43、面采用喷砂氧化工艺处理。3.3.3 防尘设计1、防尘重要性防尘是投影机设计最受关注的话题之一，防尘功能其实从投影机诞生之日起就受到厂商的关注，由于投影机在工作中要散发大量的热量，所以一般投影机出于散热考虑，在投影机的机壳上一般都有开槽用于机器通风，同时还使用许多分扇进行散热，而高速气流很可能夹带微小尘粒，这些微粒很可能影响内部元器件的性能和寿命。同时投影机工作时经常会产生静电，而静电往往也可以吸附微小的尘粒，造成投影机工作中另外一个障碍，这些灰尘虽然细微，但是都会对投影画面产生影响，从而影响到实际的投影效果。 另外，就是环境的影响，一方面由于我国很多地区普遍多沙尘天气，因此投影机在使用过程中难

44、免受到灰尘困扰。 从通风散热的需要来看，如果用户灰尘不能及时清理，造成通风口阻塞，就可能使投影机内部元件烧毁。另外，大量的灰尘也会影响到投影机的成像效果，使得投影效果大打折扣，影响投影效果。如果投影机具备了防尘设计，则可以显著降低故障率，并延长投影机的工作寿命。由于大量教学用户对投影机的防尘功能需求显著提高，投影机的防尘功能成为厂商开发新产品时候需要重点关注的产品。 2、防尘设计各家厂商都推出过一些具有防尘设计的投影机产品，不过，由于设计思想的差异，在投影机的防尘设计方式上也有所区分。常用的设计方法为全密封防尘装置和添加防尘网。但由于全密封防尘装置的设计对结构设计要求太高，必然引起结构太过复杂

45、，同时部件如果完全密封，就会造成内部热量过高，不容易满足散热要求，在这里选择添加防尘网的防尘设计的方法，但同时对传统的防尘网设计做出相关改进。 投影机主要出入风口采用金属材质的防尘网，并对防尘网加厚，能够过滤更多细小灰尘，最大程度上降低了灰尘进入投影机的可能，滤网采用的是简单易拆的结构设计，以便可以拆卸清洗。同时在光学系统设计时考虑对灰尘的隔离效果，光学部件之间的缝隙全部以手工粘贴海绵条，这样既保护了光学部件，防止投影机在震荡时光路受损，又减少由于缝隙引起的漏光现象，使投影图像亮度更高，显示效果更好；更重要的是有效阻挡了灰尘的进入和粘附，从根本上对投影机进行防尘保护。第三步是以涡轮式风扇代替传

46、统风扇，在防尘的同时也可以保证可靠散热。 4 零部件的选用4.1灯泡的选用 目前的采用的光源主要包括：uhp灯（超能灯）、uhe灯和金属卤素灯。uhp灯泡是一种理想的冷光源，但由于价格较高，一般应用于高档投影机上uhp灯产生冷光，外形小巧，在相同功耗下，能产生大光量，寿命较长，衰竭时，即刻熄灭。优点是使用寿命长，一般可以正常使用4000小时以上，亮度衰减很小。uhp光源的电弧亮度能超过小面积高效投影装置所需的1gcd/m2，为了达到更好的集光效果，近年来uhp光源的电弧极距减少到1.0mm，其寿命达10000小时以上，功率为200瓦，配备于投影仪产品，重量轻，体积小，便于携带，其屏幕照度超过1

47、100流明，能够达到明亮的xga显示水平。uhe灯泡也是一种冷光源，uhe灯泡是目前中档投影机中广泛采用的理想光源。优点是价格适中，在使用4000小时以前亮度几乎不衰减。金属卤素灯泡发热高，对投影机散热系统要求高，不宜做长时间（4小时以上）投影使用。金属卤素灯产生暖光，要求较大功率才能产生与uhp灯同等的光度，使用寿命较短，与uhp灯不同的是，金属卤素灯坏时表现为渐渐熄灭。金属卤素灯泡的优点是价格便宜，缺点是半衰期短，一般使用1000小时左右亮度就会降低到原先的一半左右，再继续使用下去投影的图像就变得很差了。目前，金属卤素灯泡已逐步退出国内投影机灯泡市场图4.1 投影机三种常用灯泡比较根据以上

48、对三种灯泡特性的分析，根据本次设计主要用途为家用，建立家庭影院系统，家庭影院投影机对使用时间有较高要求，主要用于观看电视、电影，用户对投影图像的清晰度和动态效果要求比较高，因此对投影机灯泡的亮度要求也要高，其高亮度的冷光源uhe或uhp灯泡应是家庭用户的不二之选。uhe灯泡价格则一般在2000元4000元之间，而uhp灯泡由于使用寿命比较长，一般都要4000元以上，有的甚至在8000元以上。针对uhp灯泡价格偏高的考虑，在此选用uhe灯泡。在此选用爱普生emp-821灯泡（图4.2），灯泡功率为200w. 工作寿命为一般模式4000小时，高亮模式3000小时。如下图所示：图4.2 爱普生emp

49、-821灯泡及支座4.2芯片的选用4.2.1 dmd芯片的结构1、mems系统要了解dmd的相关结构和技术，首先要了解微电子机械系统(mems)。mems包含可运动部件、执行器(传感器或制动器)，它可以和电路联系起来受控做一些操作。简单地说，mems就是对系统级芯片的进一步集成。如果将逻辑芯片比作大脑，那么mems就具备感觉器官的功能，同时由于mems还具有电气、机械或电磁控制功能，mems还具备人的手或手指的功能来移动各种物体。mems的优势在于可将传感器与处理电路利用cmos工艺集成在一块ic上，同时具有较机械式传感器更高的响应速度和更小的封装尺寸。在mems上再加一个光信号(optica

50、l)，就是optical mems，我们称之为微光机电系统(mo-ems)，它是光电信号互相转换的一个系统。利用mems技术制作的新型光器件，插入损耗小，光路间相互串扰极低，对光的波长和偏振不敏感，并且通常采用硅为主要材料，从而器件的光学、机械、电气性能优良。dmd就是moems技术成功的一个范例。2、dmd微观结构dmd(数字微镜器件)是dlp投影系统的核心，它由德州仪表公司(ti)独家生产。dmd是在cmos sram存储器上以通常的芯片加工为基础，使用微细机加工技术成形。每个dmd在半导体芯寸上以17m的间隔形成几十万个16xl6m2的铝膜镜(目前最高已达到200万个水平)，镜片间隙为l

51、m。如图4.3所示。图4.3 dmd镜片阵列 这些镜片被固定在隐藏的轭上，扭转铰链结构连接轭和支柱，扭力铰链结构允许镜片以对角轴为中心旋转，倾斜成10度，从而取得电机械的稳定状态并在这两种状态间高速开关。支柱连接下面的偏置/复位总线，偏置/复位总线连接起来使得偏置和复位电压能够提供给每个镜片。镜片、铰链结构及支柱都在互补金属氧化半导体上(cmos)地址电路及一对地址电极上形成。微镜的旋转方向受到从标准5v mos晶体管发出的地址电压控制。(图4.4是dmd的微观结构)。微反射镜上层结构是由多个层所组成，包括镜片、框架、沉淀积片、化学机械抛光氧化膜(cmp，chemical mechanical

52、 polishing)、cmos底板。图4.4 dmd微观结构在一个地址电极上加上电压，连带着把偏置/复位电压加到镜片结构上，将在镜片与地址电极一侧产生一个静电吸引，镜片倾斜直到与具有同样电压的着陆点电极接触为止。在这点，镜片以机电方式锁定在位置上。在存储单元中存入一个二进制数字1使镜片倾斜+lo度，同时在存储单元中存入一个0使镜片倾斜一lo度。图5是放大了的dmd镜片的不同位置的对比。在dmd中定义着光学及机械的两种开关时间。光学开关时间定义为从光入射在投影透镜开始，到屏幕上的像素从黑变到100白所用的时间(2s)。即微镜旋转到达水平位置时，光源发出的光开始进入投影透镜，在旋转位置落地时像素

53、的亮度达到最大强度。另一方面，机械开关时间则定义为从微镜开始旋转动作、落地，经过锁存，机械稳定化后到指定下一次像素状态的存储器能开始改写数据所用的时间(15s)。4.2.2 dmd工作原理dmd与适当的光源及投影光学系统组合，各微镜将光对准投影透镜或离开透镜即可使之反射。每个微反射镜都能将光线从两个方向反射出去，实际反射方向则视底层记忆晶胞的状态而定；当记忆晶胞处于(导通)状态时，反射镜会旋转至+10度，若记忆晶胞处于(关闭)状态，反射镜会旋转至-lo度。只要结合dmd以及适当光源和投影光学系统，反射镜就会把入射光反射进入或是离开投影镜头的透光孔，使得状态的反射镜看起来非常明亮，状态的反射镜看

54、起来就很黑暗。dmd利用二位脉冲宽度调变可以得到灰阶效果，如果使用固定式、旋转式彩色滤镜或彩色分离合成系统，即可得到彩色显示效果。其余的微镜象素也如此将光线反射到屏幕上或反射离开镜片。入射光进入光开关后，会被光开关切换或调变成为一群光包(1ight bundles)，然后再反射出来，光包时间则是由电子字符的个别位所决定。对于观察者来说，由于光包时间远小于眼睛的整合响应(integration)时间，因此人们将会看到固定亮度的光线。4.2.3 dmd芯片产品介绍及选择dmd芯片大约是一个拇指甲大小的半导体器件，svga级的dmd芯片由130万个精微镜面组成，每一个镜面都能前后翻动(开启或关闭)，

55、每秒可达五千来次。每个微镜比头发丝的15还小，一个微镜对应一个像素。1996年第一部采用单片式dmd芯片的dlp投影机提供350流明亮度、vga(640480)分辨率和大约23磅的重量；相形之下，目前采用单片式dmd芯片的dip投影机重量最轻只有2磅，分辨率达到sxga(1280x1024)，最高并能提供3ooo流明的亮度。另一方面，第一部采用三片式dmd芯片的dlp投影机可提供1300流明亮度，目前采用三片式dmd芯片的dlp投影机能达到17500流明。目前dmd芯片已有多种型号，从工艺结构上分为两类，1微镜边长16微米，间距1微米(17微米)。此类型号的dmd芯片包括07svga、09xg

56、a、1.1sxga2微镜边长13微米，间距08微米(138微米)。此类型号的dmd芯片包括：055svga、07xga、09sxga、hd1、hd2、hd2+等在此选择使用07xga ddr dmd芯片，分辨率为1024x768，微镜旋转角度为-10到+10，可满足较高对比度和更好的色彩视觉效果的要求。图4.5 dmd芯片4.3电源的选用投影机的工作电源除了要给整机电路工作所需要的电源外，更需要一个稳定的300v-380v（因投影机的不同，电压有所不同）的直流dc供电电源以保证灯可以正常工作，所以经电源电路后输出的是多组的稳定电压，以供后级各种的需要。电源的选择原则：1供电要稳定 向投影机供电

57、的市电电压一定要维持在一个稳定的数值，其跳动幅度一定不能大于10%，否则投影机内部的电气元件会频繁受到尖峰电压或尖峰电流的冲击，时间一长投影机中的许多部件就容易出现老化现象或者电气性能严重下降，从而影响投影机的使用寿命。因此一旦发现市电供电不稳定时，一定要通过ups稳压电源来向投影机供电。 2线缆要“专一” 这里所说的线缆“专一”，就是指投影机使用的电源线缆一定要是专门配备的电源线，这样的专一线缆从表面上看与普通电源线缆没有什么差别，其实它们在电源制式、信号屏蔽以及其他细节方面都存在着很大的不同，要是随意使用普通的电源线缆连接到投影机中的话，即使勉强能够正常工作，但随时都有可能出现莫名其妙的投影故障，严重的话能对投影机内部的电源线路造成致命的损伤。为了确保投影机能够稳定地工作，一定不能忽视“专一”电源线缆的威力！ 3功率要匹配 这里所说的功率匹配，主要是指电源插座上的电源线所能承受的最大功率一定要与投影机的额定功率相匹配，如果是多用插座，那么插入到该插座上的所有设备的额定功率总和，一定也要与插座上的电源线所能承受的最大功率相匹配。一般来说，插座上的电源线所能承受功率都要比投影机的额定功率大，不过一旦投影机和