新闻处 集团国际采购部
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激光动画《Sollinger》机头

小心:你会被迷住的!一旦点开 LaserAnimation Sollinger 网站上的项目展示,想再离开可不容易。不过,电脑屏幕上的照片和视频很难再现激光投影在现场表演时的实际效果。

比如艺术家 Yvette Mattern 创作的“环球彩虹”:七道色彩鲜艳、威力巨大的激光束自柏林 Ernst-Reuter-Platz 广场而出,朝着柏林胜利纪念柱的方向划过天空,改变了整个城市中心的氛围。再比如,艺术家二人组合 Kimchi and Chips 的“第二个月亮”,他们在埃森的关税同盟煤矿上空创造出了第二个月亮。还有平昌冬奥会闭幕式上的快节奏表演……这样的例子不胜枚举。

直径仅 4 毫米的光笔

灯光经常产生令人惊讶的效果,有时甚至达到了令人叹为观止的程度,而这依靠的是激光束独一无二的特质。在强度、光束聚焦和射程方面,它比其他的人造光源光束要好很多倍。而在另一方面,激光也受到光学和技术的限制,销售经理 Richard Schäfer 解释说:“光束通常非常小。使用我们的设备后,光束的直径通常能达到 4.0 毫米左右。因此,投影面上只会出现一个小点。”

为了创造某个图案,如标志、字母或卡通样子的动态图像,激光投影依靠的是人眼的惯性。准确地说,是大脑的图像处理,也会在每秒 24 帧的电影中形成连续的进程。如果激光束移动得足够快,人们就会“看到”投射出来的动画,而不是一个四处飞舞的光点。要实现这一点,投影仪中的光束要用两面镜子进行偏转,x 轴和 y 轴各一面。光束的运动靠的是电磁感应,速度非常快。

激光受到的另一个限制是颜色。激光的颜色取决于产生光束的激光活性材料。进行激光投影时,材料为半导体,因为这里使用的是二极管激光器或 Coherent OPSL 光源。但是,激光二极管只能产生以红色、绿色和蓝色为主的几种基本颜色。LaserAnimation Sollinger 公司的高端设备也有黄色、橙色和蓝绿色的相干 OPSL 光源。要产生白色光束,必须将多种颜色的光束“共线叠加”。其他颜色也是如此:为了调出不同的色调,需要对各种光线的强度进行调制。

激光动画《柏林之光》机器详解

即使百分之一度的偏差也不允许存在

其中的诀窍在于尽可能将不同波长的激光光源共线叠加在一起。叠加得越精确,最终形成的光束在人眼看来就越清晰、精准。在这时,就需要用到特殊的滤光片,即“二向色滤光片”,它可以让某些波长发生偏转,同时,也让其他波长(颜色)通过玻璃照射出去。不同的激光束就是这样“叠加”形成一束光的。因此,人眼中的“白色”光线其实是红、绿、蓝三色光源的组合。

但是,只有当各种光束非常精确地叠加在一起,尤其是在长时间、远距离的情况下精确叠加在一起时,才会有这种效果,因为激光装置通常必须在几百米甚至几千米外可见。二向色滤光片的精度必须调整到适当水平,因为 Richard Schäfer 解释说:“百分之一度的偏差会导致每一百米出现 1.7 厘米的偏移。这意味着各种颜色不再相互叠加,且可以用肉眼区分,会失去混色效果。”

现在,LaserAnimation Sollinger 公司的设备走出柏林,并在一天后安装,这种事情也时有发生。

比如,迪拜哈利法塔的激光秀。在货机上经历零下 20 度的低温后,设备外壳又在沙漠的阳光下升至 60 度以上。尽管有优质的材料和复杂的紧固技术,但光学元件不可避免地会出现一定程度的变形。这表示二向色滤光片的位置可能需要稍作调整。这也是为二向色镜支架配备驱动的原因:进行软件控制微调时使用 FAULHABER 带集成齿轮的无刷直流电机,至少可以精密调整到千分之一度。

光栅带来惊艳效果

另一个电机的作用是保护。为了防止强激光不受控制地进入人眼,投影仪有一个两级关闭机制。除了电子保护电路外,还有一个机械光闸,供紧急情况使用。它的活门在正常运行时会在电动旋转磁铁的作用下保持常开。如发生故障,安全电路会让电机停止运转并让活门落到光束出射口。

光栅模块会用到 FAULHABER 的其他驱动。衍射光栅是一种光学元件,当光线通过非常狭窄的缝隙时,要利用光线的偏转。除光束和图形外,激光投影仪还可以产生各种图案和效果,比如人工极光,或者 Robert Henke 在“破坏性观测场”表演中创造的飘渺、抽象的形态:一个不断变化的灯光对象,看起来像是宇宙雾气和生物细胞结构的混合体,是对微观世界和宏观世界的一种呈现。这种效果不仅可以投影到墙上,也可以自由地悬浮在空间中。

光栅模块中的滚轮由步进电机负责定位,以便为投影选择特定的光栅。圆光栅本身要依靠无刷直流电机进行运转,而这会产生特有的光学效果,包括激烈的摆动和沉默着以蜗牛速度缓慢变化的图像。

激光动画Sollinger Berlin的细节
图:光束路径
激光动画《Sollinger》机头
利用光栅效应形成图案造型

寻求顶级的驱动器

Richard Schäfer 说:“对于这些类型的效果,我们通常要使用好几个投影仪。只有当光栅以最快和最慢的速度完全同步移动,并在启动/停止操作中不断改变方向时,它们才能发挥作用。”投影仪和光栅模块的技术含量很高,这意味着安装空间非常紧张。只能容纳非常小的电机。

最大精度和可重复性是其他两个最低要求。集成无间隙齿轮在这里的作用很重要。当被问及与 FAULHABER 开始合作的时间时,Richard Schäfer 回答说,肯定比我入职的时间早。找到第一份订单后,他发现是 2003 年开始合作的。这表明,在过去近 20 年的时间里,FAULHABER 电机经受住了时间的考验,满足了这种挑剔的应用要求,“我们是顶级激光投影设备制造商。因此,我们需要处在同一水平的驱动。”

产品

FAULHABER B-Micro
设计十分紧凑,直径范围为3 mm至5 mm
适用于空间非常有限的应用
中高转速的2极设计
可适配高度紧凑的减速箱
可适配调速驱动器
詳細信息

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