什么是激光“散斑”？它這么壞，我們如何干掉它？

　　在顯示領(lǐng)域的應用方面，激光技術(shù)發(fā)展至今，散斑問(wèn)題竟成最大攔路虎。其嚴重影響顯示畫(huà)面的最終效果，導致激光技術(shù)優(yōu)勢不能有效發(fā)揮并投入使用。

　　散斑是什么原因造成的?有無(wú)解決辦法?對人的眼睛傷害有多大?光峰科技ALPD激光技術(shù)如何從源頭上抑制散斑？ 本文將一一剖析。

　　散斑是什么

　　由激光光束發(fā)出的光，經(jīng)粗糙表面反射或透射后會(huì )形成無(wú)數獨立的散射子波，這些子波在空間傳播過(guò)程中相干疊加，會(huì )在空間形成隨機無(wú)規則分布的亮斑和暗斑，或通過(guò)成像系統在像平面形成干涉圖樣，這樣的干涉圖樣即稱(chēng)為散斑。

　　楊氏雙縫干涉原理示意圖

　　上圖就是著(zhù)名的楊氏雙縫干涉原理示意圖 ，我們可以看到，最右邊出現規范不一致的亮斑和暗斑 ，就是散斑現象。由于干涉圖像是明暗相間的條紋，所以最終無(wú)窮個(gè)干涉圖像在人眼視網(wǎng)膜上疊加形成的圖像，相當于是在清晰圖像前加了一個(gè)霧化的透明玻璃而生成的圖像，極大影響畫(huà)質(zhì)和觀(guān)影體驗。由于人眼看起來(lái)，仿佛被隔了一層磨砂玻璃(如下圖)，因此散斑現象也稱(chēng)“毛玻璃”現象。

　　你可能看到的散斑畫(huà)面

　　為什么會(huì )產(chǎn)生散斑

　　激光，是目前人類(lèi)可以實(shí)現的最亮的人造光源，從被用作照明光源而逐漸進(jìn)入人們的視野。激光具有單色性、相干性和方向性三大特點(diǎn)，相比于傳統的燈泡、氙燈等光源，激光的亮度更高、能效更高、色彩單色性好、結構尺寸小、壽命長(cháng)，因有望成為照明顯示的理想光源而備受關(guān)注。

　　相干性，是指可以發(fā)生光線(xiàn)干涉現象的兩個(gè)不同光源。 光的穩定干涉是需要相干光才能實(shí)現的。 現代物理光學(xué)指出，只有兩列光波的頻率相同、相位差恒定、振動(dòng)方向一致的相干光源，才能產(chǎn)生光的干涉。激光是在同一相干輻射場(chǎng)感生下產(chǎn)生的受激發(fā)射光，所以激光的相干性很好，這是激光的物理屬性。

　　對于普通的光源，若想產(chǎn)生相干性，是如何實(shí)現的呢?簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是通過(guò)光學(xué)裝置將同一個(gè)光源發(fā)出的源波分為若干個(gè)子波，它們具有相同的頻率、相位差和偏振方向，從而可以產(chǎn)生干涉現象。這里，想強調的是：普通的光源想要產(chǎn)生光學(xué)干涉，是沒(méi)那么容易的。目前常見(jiàn)的相干光源只有激光,所以在沒(méi)有特指的情況下,散斑一般指的就是激光散斑。

　　在顯示領(lǐng)域，相干性為激光帶來(lái)了傳輸中的高穩定性，體現在畫(huà)面上為高光效、高亮度、高色域，但也帶來(lái)了散斑問(wèn)題。

　　形成散斑，需要滿(mǎn)足兩個(gè)條件：第一個(gè)是相干光，即能產(chǎn)生穩定干涉現象的光源(激光);第二個(gè)是平均起伏大于波長(cháng)數量級的光學(xué)粗糙表面，日常生活中的墻壁、紙張、電影屏幕等均屬于光學(xué)粗糙表面。從下圖對比我們可以看到，散斑問(wèn)題嚴重影響顯示畫(huà)質(zhì)(a為散斑畫(huà)面,b為低散斑畫(huà)面)。

　　在激光顯示領(lǐng)域，散斑一直是困擾三色激光顯示技術(shù)架構的一個(gè)難以克服的困難，也是激光顯示界數年至今持續研究的重要課題。

　　傳統有哪些解決辦法

　　消除散斑一般有兩種思路，一種是從源頭消除，在光出來(lái)之前就將有散斑的光轉化成無(wú)散斑的光，這種方式需要較高的技術(shù)門(mén)檻，目前只有光峰ALPD激光技術(shù)可以做到;另一種是后期處理，在光出來(lái)之后，將不相關(guān)的多個(gè)散斑在空間或時(shí)間域里疊加，通過(guò)降低對比度來(lái)消除，也就是行業(yè)人常說(shuō)“抖動(dòng)”，這種方式無(wú)門(mén)檻限制，常見(jiàn)抖動(dòng)方式有以下兩種：

　　1.光機抖動(dòng) 目前某些三色激光投影就是通過(guò)投影技術(shù)解決三色激光散斑問(wèn)題的，依靠搭載的LPU三色激光引擎，采用全新多維動(dòng)態(tài)消散斑技術(shù)來(lái)克服散斑問(wèn)題。然而該設備所謂的技術(shù)僅僅是在光機中增加了?個(gè)光學(xué)器件，該器件以?定的頻率在上下、左右兩個(gè)緯度震動(dòng)，減少散斑的干擾。并不會(huì )完全消除散斑，還會(huì )增加噪音。同時(shí)因為有?個(gè)器件?直在物理抖動(dòng)，整機也會(huì )出現更多的不穩定性，可能會(huì )降低投影儀的使用壽命。

　　2.幕布抖動(dòng) 除投影技術(shù)外，消除投影儀散斑問(wèn)題可以通過(guò)搭配價(jià)格昂貴的定制幕布來(lái)解決，定制的消散斑幕布是通過(guò)抖動(dòng)幕布改變激光照射在屏幕的不同散射點(diǎn)，消除在激光光源下的屏幕塊狀散斑，使激光投影屏幕反射的圖像顏色看起來(lái)自然、豐富、亮度均勻、畫(huà)面清晰。但從實(shí)際效果來(lái)看，定制幕布的效果微乎其微，并不能完全解決散斑問(wèn)題，實(shí)際上是被再消費了一次。

　　那么，光峰的ALPD激光技術(shù)，是如何做到從技術(shù)源頭克服散斑問(wèn)題的呢?

　　ALPD激光技術(shù)

　　目前克服散斑難題的最優(yōu)解

　　光峰科技原創(chuàng )的ALPD激光技術(shù)，從產(chǎn)生散斑的根源——相干光入手，巧妙地引入納米發(fā)光稀土材料，發(fā)射大量非相干性光同時(shí)混合極少部分激光，來(lái)形成無(wú)散斑白光，做出了從源頭上消除激光的相干性的技術(shù)方案，不需要任何的附加措施，對系統無(wú)任何負面影響，而且兼容性好，成本低，可靠性高。

　　所以，光峰科技的ALPD激光技術(shù)方案從根本上解決激光的基因病——散斑問(wèn)題，讓激光光源得以充分發(fā)揮獨有優(yōu)勢，作為“超級心臟”為當前激光產(chǎn)品提供強大的光源技術(shù)支持，呈現清晰、逼真自然的畫(huà)質(zhì)，為觀(guān)眾提供更為舒適、健康的光影體驗。

　　ALPD激光 觀(guān)看更舒適

　　與純三色激光不同，ALPD激光是經(jīng)過(guò)特殊技術(shù)處理的激光，更接近自然界中的自然光譜，發(fā)出的光天生不會(huì )產(chǎn)生散斑，透過(guò)視網(wǎng)膜的光功率更低，更容易被眼球接受ALPD激光更接近自然界中的自然光譜，發(fā)出的光天生不會(huì )產(chǎn)生散斑，透過(guò)視網(wǎng)膜的光功率更低，更容易被眼球接受。

散斑感知及舒適等級劃分圖

　　散斑是否對人眼有傷害

　　答案是：會(huì )的。 當我們看向刺眼的太陽(yáng)光，眼睛都睜不開(kāi)，因此很容易可以意識到，強光對人眼是有傷害的。當人眼看向有散斑的圖樣時(shí)，也在人眼視網(wǎng)膜上形成散斑圖樣，即視網(wǎng)膜上會(huì )有強度隨機分布的亮斑和暗斑，則可以理解為，散斑可以對人眼造成不同程度的強光傷害。

　　我們來(lái)看一組數據。以DCI(Digital Cinema Initiatives)標準的白光為例，當RGB激光放映機、ALPD激光放映機在視網(wǎng)膜上產(chǎn)生平均強度為I0的光強時(shí)，人眼視網(wǎng)膜上不同區域的散斑強度分布如下圖(a)所示，從中可以看到，局部的視錐細胞需要承受9I0的光強。而如果為ALPD激光，則相干光成分較少，通過(guò)計算(附公式，詳見(jiàn)文末)可知ALPD激光的相干光成分不到RGB的1/5，因而該部分的視錐細胞只需承受2I0的光強，ALPD激光遠小于RGB激光的光強傷害，兩者約相差9倍。9倍的強光傷害，你想感受一下嗎？ ↓

　　小結

　　在激光顯示領(lǐng)域，激光散斑這個(gè)攔路虎是客觀(guān)存在，我們需要做的，一是拿出正確的態(tài)度來(lái)對待，不論是為了更好的觀(guān)影體驗，還是為了降低散斑傷害風(fēng)險，都需要想辦法去盡量降低激光散斑，而不要去回避它;二是堅持研究，尋找更有效更穩定更便宜的消散斑方式。如果散斑不需要解決，為何學(xué)術(shù)界還樂(lè )此不疲地研究?

　　光峰ALPD激光技術(shù)，從源頭上消除散斑，真正做到天生無(wú)散斑，不僅更適合市場(chǎng)，還為觀(guān)眾提供更為舒適、健康的光影體驗，從而成為目前行業(yè)主流激光技術(shù)路線(xiàn)。

　　如今在激光顯示領(lǐng)域的發(fā)展中，行業(yè)各種技術(shù)方案百花齊放，殊途同歸都是為了消費者提供更好的視覺(jué)體驗，而各種技術(shù)路線(xiàn)相互促進(jìn)，正是行業(yè)發(fā)展壯大的希望。

　　附：散斑傷害計算公式

　　已知：散斑在視網(wǎng)膜上的尺寸

　　求：造成傷害強度值