1 激光顯示的應(yīng)用 激光顯示（Laser Display），即以激光發(fā)生器為光源，在計(jì)算機(jī)的控制下，通過(guò)棱鏡、轉(zhuǎn)鏡、衍射光柵、光路掃描器等各種光學(xué)設(shè)備將激光光束進(jìn)行分光、轉(zhuǎn)向、發(fā)散、掃描等處理，在幕體上顯示出預(yù)定的效果、圖案、文字或動(dòng)畫(huà)。 根據(jù)國(guó)際激光顯示協(xié)會(huì)（ILDA：International Laser Display Association）關(guān)于激光顯示工業(yè)（Laser Display Industry）的定義，激光顯示的應(yīng)用主要有兩種方式：激光表演（Laser Show）和激光效果(Laser Effect)。激光表演以激光為主，并輔以燈光、煙火、噴泉、音樂(lè)等，主要表現(xiàn)激光的特殊效果。如新加坡圣陶沙的激光音樂(lè)噴泉，成為當(dāng)?shù)芈糜蔚囊淮缶包c(diǎn)。激光效果與前者相反，激光的演示只是為了輔助主題而提供激光的特效，如用激光顯示系統(tǒng)作舞臺(tái)背景燈光。這兩種方式在功能上各有側(cè)重，但在系統(tǒng)原理上是一樣的。 激光顯示光色純正，能量集中，系統(tǒng)方便地被計(jì)算機(jī)控制，能表現(xiàn)出應(yīng)時(shí)應(yīng)景的主體內(nèi)容和艷麗奇特的效果魅力，其應(yīng)用的場(chǎng)合非常廣泛。如城市建設(shè)、舞臺(tái)燈光、盛大集會(huì)、迪斯科舞廳、俱樂(lè)部、展示會(huì)、太空館…… 本文介紹的激光顯示系統(tǒng)在性能上完全能達(dá)到國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的水平，而在系統(tǒng)的價(jià)格和顯示內(nèi)容的編排尤其是中文圖文處理功能上具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，已在多個(gè)實(shí)際工程中得到應(yīng)用。 2 激光顯示系統(tǒng)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和工作原理 系統(tǒng)硬件由控制計(jì)算機(jī)、若干臺(tái)激光發(fā)生器、光學(xué)控制臺(tái)和幕體組成，在計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)控制下工作。 2．1 控制計(jì)算機(jī) 控制計(jì)算機(jī)是激光顯示系統(tǒng)的控制中心，在系統(tǒng)工作時(shí)須提供兩種控制信號(hào)：光學(xué)控制臺(tái)內(nèi)的光路切換信號(hào)和在激光表演節(jié)目中的產(chǎn)生圖形、文字、動(dòng)畫(huà)的光路掃描器的定位信號(hào)。 計(jì)算機(jī)一般配置：P4兼容機(jī)或品牌機(jī)，64M內(nèi)存，4G硬盤(pán)，32速光驅(qū)，3.5英寸軟驅(qū)，PCI總線(xiàn)接口，12位專(zhuān)用D/A卡。 2．2 激光發(fā)生器 激光發(fā)生器是整個(gè)系統(tǒng)的光源。根據(jù)激光顯示的環(huán)境、幕體和要求達(dá)到的效果配置若干臺(tái)不同顏色、不同功率的激光器。一般在室內(nèi)顯示、幕體與發(fā)射點(diǎn)距離越近，要求的功率越低，而由于人眼對(duì)紅光的敏感度較高，相同條件下選擇紅色激光發(fā)生器的功率可比其它顏色的激光發(fā)生器的功率較低。 激光的亮度B為光源單位發(fā)光表面S沿給定方向上單位立體角Ω內(nèi)發(fā)光的光功率P的大小，即 B=P/SΩ （2－1） 激光器的發(fā)光截面和立體發(fā)散角非常小，在最好的情況下，輸出光束的方向性可達(dá)至光束截面直徑D所決定的衍射極限，即 θ=θ衍≈2.24λ/D (2－2) 其中，θ是平面發(fā)散角，λ為激光波長(zhǎng) 光束的立體發(fā)散角Ω為 Ω=θ2 ≈(2.24λ/D)2 (2－3) 光束傳播距離L后，光斑直徑D擴(kuò)大為 D=Lθ (2－4) 大功率的氣體激光器的亮度值可達(dá)108W/cm2?Sr=1012cd/m2（坎德拉/平方米）,固體激光器的亮度可達(dá)1015 cd/m2，在地面上看到的太陽(yáng)的亮度近似值為1.5×109 cd/m2。激光器用于顯示，其光亮強(qiáng)度800－1200流明，已能滿(mǎn)足大多數(shù)人的要求，故顯示系統(tǒng)的激光器的功率在幾十mW①～20W。 以下是激光顯示系統(tǒng)中常用激光發(fā)生器的類(lèi)型及其發(fā)光色彩： 紅色激光器：氦氖激光器（HeNe，波長(zhǎng)632.8nm）、氪離子激光器（Kr＋，647.1nm）、半導(dǎo)體激光器（波長(zhǎng)在630～650nm之間） 藍(lán)綠激光：以氬離子為主（Ar＋，488nm藍(lán)色和514.5nm綠色） 綠激光：摻釹釔鋁石榴石（Nd:YAG，530nm）倍頻或半導(dǎo)體泵浦激光器 黃綠激光：溴化亞銅（CuBr）或銅蒸氣激光器 白激光：即氬氪離子混合氣體激光器 2．3 光學(xué)控制臺(tái) 光學(xué)控制臺(tái)是激光顯示系統(tǒng)中控制光路的部分，包括導(dǎo)光系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。導(dǎo)光系統(tǒng)對(duì)激光束進(jìn)行光路切換、分光、衍射、或掃描，使激光束產(chǎn)生豐富多彩的效果。控制系統(tǒng)對(duì)導(dǎo)光系統(tǒng)的光學(xué)器件的位移、轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。 從激光器的激光光束直接通過(guò)空氣傳輸②或通過(guò)光纖進(jìn)入光學(xué)控制臺(tái)的入光口，首先進(jìn)入的是光路切換單元。 2.3.1 光路切換單元在光學(xué)控制臺(tái)的前端，由驅(qū)動(dòng)電機(jī)和反射鏡、計(jì)算機(jī)的控制信號(hào)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)角，帶動(dòng)反射鏡將入射激光束反射切換到其它單元做進(jìn)一步變換。分光單元、衍射單元、光路掃描單元和透反射單元可根據(jù)需求自由組合、增減，由計(jì)算機(jī)的控制顯示出不同的效果。也可以外掛反射鏡、雪球等光學(xué)器件，配合光學(xué)控制臺(tái)一起營(yíng)造現(xiàn)場(chǎng)氣氛。 2.3.2 分光單元由分光鏡構(gòu)成，可將混色激光的分成單色光。根據(jù)激光的光譜波長(zhǎng)和折射原理，一束混色光經(jīng)過(guò)分光鏡后可得到多束光，再進(jìn)入下一級(jí)單元。 2.3.3 衍射單元由單個(gè)或多個(gè)衍射鏡和驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)衍射光柵，光束透過(guò)光柵產(chǎn)生衍射效果。衍射鏡可設(shè)計(jì)成平行、垂直、正交排列，表現(xiàn)出不同的衍射效果。 2.3.4 光路掃描單元是整套系統(tǒng)產(chǎn)生圖文效果的直接執(zhí)行機(jī)構(gòu)。采用X－Y兩個(gè)方向的振鏡（Scanner），使得進(jìn)入這個(gè)單元的光束隨振鏡的方向而移動(dòng)，從而射出的光束打在幕體上，形成移動(dòng)的光點(diǎn)。當(dāng)掃描頻率足夠高時(shí)，即可形成無(wú)閃爍的圖文。振鏡的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制信號(hào)來(lái)至計(jì)算機(jī)內(nèi)的圖文點(diǎn)坐標(biāo)。圖文點(diǎn)的坐標(biāo)值（x,y）通過(guò)計(jì)算機(jī)內(nèi)D/A卡分別輸出到光學(xué)臺(tái)X和Y方向振鏡電機(jī)的驅(qū)動(dòng)板，經(jīng)放大驅(qū)動(dòng)電機(jī)搖擺，使得圖文的坐標(biāo)（x,y）被一一對(duì)應(yīng)地映射到幕體。 2.3.5 透射反射單元由若干個(gè)透射鏡和反射鏡以及光學(xué)控制臺(tái)外部的雪球等構(gòu)成，器件的配置可增減。其主要功能是將一束光束經(jīng)過(guò)本單元分成若干束光，經(jīng)外掛雪球的反射可形成光網(wǎng)、光柱。 2．4 幕體 幕體是系統(tǒng)效果的表現(xiàn)載體，可以是水幕、煙幕、紗幕、墻體甚至空氣等。幕體的質(zhì)地不同，表現(xiàn)的效果也不同，各具特色。水幕、煙幕比較適合產(chǎn)生三維效果，如時(shí)空隧道、三維動(dòng)感造型；紗幕、墻體類(lèi)幕體相對(duì)比較穩(wěn)定，適用于表現(xiàn)圖形、文字；也可由空氣做介質(zhì)，直接在空中打出交織的光網(wǎng)、斑駁的光柵。當(dāng)前在激光顯示工業(yè)領(lǐng)域比較流行用旱地噴泉作水幕，表演激光演示節(jié)目。 3 激光顯示系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 3．1 軟件環(huán)境 3.1.1 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)：Windows 3.1.2 應(yīng)用軟件：常用的軟件有CorelDRAW、Photoshop、Autodesk Animator PRO等。 由于激光演示的圖形是由一支或多支光筆打點(diǎn)形成的，所以激光表演的圖形設(shè)計(jì)要點(diǎn)的是圖形的輪廓線(xiàn)和錨點(diǎn)。CorelDRAW的圖形輪廓捉捕功能、Photoshop的路徑（PATH）都給設(shè)計(jì)激光表演圖形提供了強(qiáng)大的支持。 3.1.3 控制軟件：控制軟件控制導(dǎo)光系統(tǒng)的光路切換和提供光路掃描信號(hào)。 光學(xué)控制臺(tái)的導(dǎo)光系統(tǒng)光路切換是由電機(jī)帶動(dòng)反射鏡變化轉(zhuǎn)角完成的。根據(jù)預(yù)先編排的節(jié)目，計(jì)算機(jī)通過(guò)D/A卡輸出切換信號(hào)至分光單元的電機(jī)驅(qū)動(dòng)板，經(jīng)放大后驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。 光路掃描信號(hào)來(lái)自圖文文件。通過(guò)一般的圖形圖像處理軟件制作出要顯示的圖文輪廓線(xiàn)，在制作輪廓線(xiàn)時(shí)要注意輪廓線(xiàn)的封閉和簡(jiǎn)潔。根據(jù)顯示圖文的失真度取出輪廓線(xiàn)上的錨點(diǎn)，錨點(diǎn)取得越多，圖形越接近原稿，但顯示文件越大，一幅圖的掃描周期增加。錨點(diǎn)的坐標(biāo)(x,y)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換輸出，通過(guò)光學(xué)控制臺(tái)驅(qū)動(dòng)板分別控制振鏡的方向，將錨點(diǎn)映射到幕體。由于振鏡的掃描頻率很大，可以做到25幀圖/秒，因此，激光掃描顯示的質(zhì)量可以保障。激光動(dòng)畫(huà)顯示的原理與一般動(dòng)畫(huà)顯示類(lèi)似，一個(gè)動(dòng)畫(huà)文件由多幅動(dòng)作相關(guān)的圖片組成，依次取錨點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行定位掃描。 結(jié)束語(yǔ) 在科技高速發(fā)展的今天，激光顯示工業(yè)日趨成熟，激光顯示的應(yīng)用逐漸廣泛。這一方面是由于激光光源所產(chǎn)生的效果能滿(mǎn)足人們的追求新奇的心理，并帶來(lái)一定的視覺(jué)沖擊；另一方面，由于這種光源可方便地被計(jì)算機(jī)控制，通過(guò)編程，即可產(chǎn)生豐富的變化，極具智能化特點(diǎn)。激光顯示系統(tǒng)，要求科技與藝術(shù)緊密結(jié)合，共同發(fā)展。