1 激光顯示的應用 激光顯示（Laser Display），即以激光發生器為光源，在計算機的控制下，通過棱鏡、轉鏡、衍射光柵、光路掃描器等各種光學設備將激光光束進行分光、轉向、發散、掃描等處理，在幕體上顯示出預定的效果、圖案、文字或動畫。 根據國際激光顯示協會（ILDA：International Laser Display Association）關于激光顯示工業（Laser Display Industry）的定義，激光顯示的應用主要有兩種方式：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、音樂等，主要表現激光的特殊效果。如新加坡圣陶沙的激光音樂噴泉，成為當地旅游的一大景點。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，如用激光顯示系統作舞臺背景燈光。這兩種方式在功能上各有側重，但在系統原理上是一樣的。 激光顯示光色純正，能量集中，系統方便地被計算機控制，能表現出應時應景的主體內容和艷麗奇特的效果魅力，其應用的場合非常廣泛。如城市建設、舞臺燈光、盛大集會、迪斯科舞廳、俱樂部、展示會、太空館…… 本文介紹的激光顯示系統在性能上完全能達到國外同類產品的水平，而在系統的價格和顯示內容的編排尤其是中文圖文處理功能上具有絕對優勢，已在多個實際工程中得到應用。 2 激光顯示系統系統硬件設計和工作原理 系統硬件由控制計算機、若干臺激光發生器、光學控制臺和幕體組成，在計算機的實時控制下工作。 2．1 控制計算機 控制計算機是激光顯示系統的控制中心，在系統工作時須提供兩種控制信號：光學控制臺內的光路切換信號和在激光表演節目中的產生圖形、文字、動畫的光路掃描器的定位信號。 計算機一般配置：P4兼容機或品牌機，64M內存，4G硬盤，32速光驅，3.5英寸軟驅，PCI總線接口，12位專用D/A卡。 2．2 激光發生器 激光發生器是整個系統的光源。根據激光顯示的環境、幕體和要求達到的效果配置若干臺不同顏色、不同功率的激光器。一般在室內顯示、幕體與發射點距離越近，要求的功率越低，而由于人眼對紅光的敏感度較高，相同條件下選擇紅色激光發生器的功率可比其它顏色的激光發生器的功率較低。 激光的亮度B為光源單位發光表面S沿給定方向上單位立體角Ω內發光的光功率P的大小，即 B=P/SΩ （2－1） 激光器的發光截面和立體發散角非常小，在最好的情況下，輸出光束的方向性可達至光束截面直徑D所決定的衍射極限，即 θ=θ衍≈2.24λ/D (2－2) 其中，θ是平面發散角，λ為激光波長 光束的立體發散角Ω為 Ω=θ2 ≈(2.24λ/D)2 (2－3) 光束傳播距離L后，光斑直徑D擴大為 D=Lθ (2－4) 大功率的氣體激光器的亮度值可達108W/cm2?Sr=1012cd/m2（坎德拉/平方米）,固體激光器的亮度可達1015 cd/m2，在地面上看到的太陽的亮度近似值為1.5×109 cd/m2。激光器用于顯示，其光亮強度800－1200流明，已能滿足大多數人的要求，故顯示系統的激光器的功率在幾十mW①～20W。 以下是激光顯示系統中常用激光發生器的類型及其發光色彩： 紅色激光器：氦氖激光器（HeNe，波長632.8nm）、氪離子激光器（Kr＋，647.1nm）、半導體激光器（波長在630～650nm之間） 藍綠激光：以氬離子為主（Ar＋，488nm藍色和514.5nm綠色） 綠激光：摻釹釔鋁石榴石（Nd:YAG，530nm）倍頻或半導體泵浦激光器 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 光學控制臺 光學控制臺是激光顯示系統中控制光路的部分，包括導光系統和控制系統。導光系統對激光束進行光路切換、分光、衍射、或掃描，使激光束產生豐富多彩的效果。控制系統對導光系統的光學器件的位移、轉動進行驅動控制。 從激光器的激光光束直接通過空氣傳輸②或通過光纖進入光學控制臺的入光口，首先進入的是光路切換單元。 2.3.1 光路切換單元在光學控制臺的前端，由驅動電機和反射鏡、計算機的控制信號控制電機的轉角，帶動反射鏡將入射激光束反射切換到其它單元做進一步變換。分光單元、衍射單元、光路掃描單元和透反射單元可根據需求自由組合、增減，由計算機的控制顯示出不同的效果。也可以外掛反射鏡、雪球等光學器件，配合光學控制臺一起營造現場氣氛。 2.3.2 分光單元由分光鏡構成，可將混色激光的分成單色光。根據激光的光譜波長和折射原理，一束混色光經過分光鏡后可得到多束光，再進入下一級單元。 2.3.3 衍射單元由單個或多個衍射鏡和驅動電機組成，電機的轉動帶動衍射光柵，光束透過光柵產生衍射效果。衍射鏡可設計成平行、垂直、正交排列，表現出不同的衍射效果。 2.3.4 光路掃描單元是整套系統產生圖文效果的直接執行機構。采用X－Y兩個方向的振鏡（Scanner），使得進入這個單元的光束隨振鏡的方向而移動，從而射出的光束打在幕體上，形成移動的光點。當掃描頻率足夠高時，即可形成無閃爍的圖文。振鏡的驅動電機的控制信號來至計算機內的圖文點坐標。圖文點的坐標值（x,y）通過計算機內D/A卡分別輸出到光學臺X和Y方向振鏡電機的驅動板，經放大驅動電機搖擺，使得圖文的坐標（x,y）被一一對應地映射到幕體。 2.3.5 透射反射單元由若干個透射鏡和反射鏡以及光學控制臺外部的雪球等構成，器件的配置可增減。其主要功能是將一束光束經過本單元分成若干束光，經外掛雪球的反射可形成光網、光柱。 2．4 幕體 幕體是系統效果的表現載體，可以是水幕、煙幕、紗幕、墻體甚至空氣等。幕體的質地不同，表現的效果也不同，各具特色。水幕、煙幕比較適合產生三維效果，如時空隧道、三維動感造型；紗幕、墻體類幕體相對比較穩定，適用于表現圖形、文字；也可由空氣做介質，直接在空中打出交織的光網、斑駁的光柵。當前在激光顯示工業領域比較流行用旱地噴泉作水幕，表演激光演示節目。 3 激光顯示系統軟件設計 3．1 軟件環境 3.1.1 計算機操作系統：Windows 3.1.2 應用軟件：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形成的，所以激光表演的圖形設計要點的是圖形的輪廓線和錨點。CorelDRAW的圖形輪廓捉捕功能、Photoshop的路徑（PATH）都給設計激光表演圖形提供了強大的支持。 3.1.3 控制軟件：控制軟件控制導光系統的光路切換和提供光路掃描信號。 光學控制臺的導光系統光路切換是由電機帶動反射鏡變化轉角完成的。根據預先編排的節目，計算機通過D/A卡輸出切換信號至分光單元的電機驅動板，經放大后驅動電機轉動。 光路掃描信號來自圖文文件。通過一般的圖形圖像處理軟件制作出要顯示的圖文輪廓線，在制作輪廓線時要注意輪廓線的封閉和簡潔。根據顯示圖文的失真度取出輪廓線上的錨點，錨點取得越多，圖形越接近原稿，但顯示文件越大，一幅圖的掃描周期增加。錨點的坐標(x,y)經D/A轉換輸出，通過光學控制臺驅動板分別控制振鏡的方向，將錨點映射到幕體。由于振鏡的掃描頻率很大，可以做到25幀圖/秒，因此，激光掃描顯示的質量可以保障。激光動畫顯示的原理與一般動畫顯示類似，一個動畫文件由多幅動作相關的圖片組成，依次取錨點坐標進行定位掃描。 結束語 在科技高速發展的今天，激光顯示工業日趨成熟，激光顯示的應用逐漸廣泛。這一方面是由于激光光源所產生的效果能滿足人們的追求新奇的心理，并帶來一定的視覺沖擊；另一方面，由于這種光源可方便地被計算機控制，通過編程，即可產生豐富的變化，極具智能化特點。激光顯示系統，要求科技與藝術緊密結合，共同發展。