三、【DIY】动手做激光投影仪

我想每个人都在舞台，迪斯科，节日庆典之类的地方看到过激光表演。激光的效果通常有很多种。一种是光束效果，让观众在空中看到掠过的光束。另一种是画面效果，通过移动的光斑在屏幕上绘制出激光图形。光束效果是非常让人兴奋的，所以才有那么多激光表演在举行。这些时候使用的激光设备叫做激光投影仪。

　　DIY一台激光投影仪是专业级的挑战，最重要的部分叫做激光模组。早些年间用的是氦氖激光器，多种颜色的气体激光器现在还用在高空投影上。全新结构的固体激光器也已经投入使用。但是激光器非常昂贵，质量差点的氦氖激光器也没法直接调制，所以我负担不起激光器和调制器的价格。直到共立电气出了一款价格合理的激光模组。我才把这个构思多年的项目付诸实施。

　　1、投影仪的组成部分

图1 典型激光投影仪的光路图

 　　从左到右边依次为：激光管，消隐器/多色声光调制器，光束切换器 X-Y扫描头。

　　基本上激光投影仪都是给娱乐业用的，最高端的机器根据需要的功能单独定制。上图是典型激光投影仪的光路图，应该可以看出入门级的激光投影仪只需要X-Y扫描镜就可以实现一般的效果。在这个制作里我只做了最简单的X-Y扫描镜，目标是能清晰显示出图像和动画。

　　1.1、激光

　　在那些老时光里，氦氖激光器在表演中大放异彩，可以同时产生几种色彩的“白色”混合气体激光器也有使用。这些气体激光器既难用又低效，相比之下具有高光效，易伺候的固体激光器，比如说半导体激光器和半导体泵浦固态激光器在市场中的份额不断增加。大多数固体激光器的颜色是红色或绿色，当蓝色固体激光器的性能赶上来以后，过时的气体激光器将会被它们完全取代。

　　1.2、消隐/调制器

　　消隐机构遮挡那些不需要的激光束。大多数气体激光将它放置在输出窗口之后，因为气体激光本身无法快速调节输出功率。一个电流计用作消隐机构的可动部件来驱动快门。对于多色激光系统，比如混合气体激光器，使用光学消隐器，叫做多色声光调制器（PCAOM）来控制每一条光谱线。除了安全快门，机械消隐器在使用了PCAOM的激光器或者可以直接调制的固体激光器上经常被省略。

　　1.3、光束切换器/特效镜

　　光束切换器是一个能将激光束导向特定特效镜的机械系统，特效镜会在光路上插入一个光学滤镜。由于对切换速度和开关要求不大，开环振镜，步进电机，电磁阀都可以用来改变光路。特效镜里用的光学滤镜扩束和散射激光束，一些光栅盘也有同样的作用。激光束通过特效镜以后产生光束表演用的分散激光束，或是屏幕展示用的抽象图案。

　　1.4、X-Y扫描器

　　X-Y扫描器是最通用的组件，它能随意控制激光束的方向。显示的是X-Y扫描器的原理图，两个振镜沿正交方向安装，入射的激光束先后在X轴和Y轴振镜反射后射出。具体的方向由两个振镜的反射角组合给定。扫描器可以绘制出激光的网格或是圆环，也可以在屏幕上画出激光图形。对屏幕表演来说，扫描频率是非常重要的，因为要获得高质量的图像就要尽可能高速扫描提高帧率。只有闭环振镜能满足屏幕表演的要求，在简单的图像生成上开环振镜或是谐振振镜也能将就用。

        1.5、其他设备

　　在上面介绍的光学器件之外还需要其他的器件，比如扫描驱动器，激光器电源，激光器冷却系统，显示控制器，控制台等等。激光投影仪由这些部件共同构成。

　　2、制作激光器

　　图3 带控温的激光模组

　　作者从网上买到了这个绿色激光模组。这是一个波长532nm的5mW绿色激光器，事实上它的输出可以数倍于标称功率——可想而知这么做不安全， 更重要的是这样搞坏了不保修！！！ 测量得知不做任何调整的时候它有15mW的输出，调到最大值的时候有20mW。这意味着这个激光器不适合给没有基本激光知识和防护用具的人使用。光从它和普通激光笔的外形比较上也可以看出，这是个非常危险的东西。

　　但是它可不只有这些性能。当激光模块连续工作一段时间后，常常由于温升使得功率大降。大多数DPSS激光模组都需要温控来维持输出稳定。这个模组只是给便宜的激光笔设计的，没有温控功能，所以我给它配上了温控装置和外部激光调制。

　　由于温控的精确度需求一般般，我用了简单的比例积分控制。处理器读取激光模组上热敏电阻的阻值，转换成温度值，然后依据和设定温度之差驱动半导体制冷片调整温度。激光输出可以通过主控芯片调制，并且温度过高时会为了保护激光器自动关机。

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