上期，針對(duì)目前行業(yè)中對(duì)于散斑的一些不正確的見(jiàn)解——“無(wú)論什么光源，都可以產(chǎn)生光學(xué)干涉現(xiàn)象，也就是說(shuō)‘任何光源都可以產(chǎn)生散斑現(xiàn)象’”進(jìn)行了分析說(shuō)明，受到了很多高能學(xué)霸小伙伴的歡迎，那么今天我們將繼續(xù)和大家分享一些不一“斑”的知識(shí)。
　　關(guān)于是否存在原生無(wú)散斑
　　行業(yè)某文章歧義觀點(diǎn)截圖

　　圖 1.原文章中的截圖

　　在這部分，原文以之前
　　“任何光源都可以產(chǎn)生散斑現(xiàn)象”
　　為前提推出了不正確論點(diǎn)，即
　　“不存在原生無(wú)散斑”。
　　而通過(guò)上期分析，可以看到如果光源不是激光器等相干光源，是看不到散斑現(xiàn)象的。
　　而熒光是典型的非相干光，
　　就是原生無(wú)散斑的！
　　另外，客觀來(lái)說(shuō)，熒光激光放映技術(shù)雖然綠光和紅光用的是熒光（為何這樣說(shuō)？請(qǐng)參考下圖漫畫），

　　圖2.熒光激光放映技術(shù)示意漫畫

　　但藍(lán)光用的仍然是激光，因此確實(shí)含有激光成分。小編這里計(jì)算了一下熒光激光放映中激光成分的比例，如圖3所示，以輸出60000 lm的DCI標(biāo)準(zhǔn)的白光為例，RGB三基色激光放映機(jī)的光機(jī)需要輸出45.8 W的藍(lán)激光、81.0 W的綠激光和112.9 W的紅激光，而熒光激光的光機(jī)只需要輸出46.7 W的藍(lán)激光和119.7 W的熒光。即熒光激光輸出的相干光成分不到RGB的1/5。使用原文中引用的一句話，“任何拋開劑量談毒性的，都是耍流氓”，在觀影過(guò)程中，激光散斑主要影響的是觀眾的觀影感受，是一個(gè)視覺(jué)心理量，人眼是有分辨閾值的，目前對(duì)激光散斑對(duì)比度的標(biāo)準(zhǔn)制定正在緊鑼密鼓的制定中，也就是說(shuō)，只要激光散斑對(duì)比度在某個(gè)閾值以下，觀眾是沒(méi)法察覺(jué)的。這里小編悄悄透露一下，目前在各種標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量中，和其他激光放映機(jī)相比，熒光激光放映機(jī)的散斑對(duì)比度是最低的哦，沒(méi)有之一！與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量相互驗(yàn)證的是，在實(shí)際的產(chǎn)品運(yùn)作中，熒光激光放映機(jī)的運(yùn)營(yíng)者均沒(méi)有花額外的成本去消散斑，因?yàn)椴恍枰�，這也是為什么熒光激光技術(shù)敢號(hào)稱“原生態(tài)，無(wú)散斑”的原因。

　　圖3. 產(chǎn)生60000 lm白光時(shí)（a）RGB需要的激光功率，（b）熒光激光需要的激光和熒光功率

　　另外，熒光也正是一種消散斑的有效手段。關(guān)于是否存在原生無(wú)散斑這個(gè)問(wèn)題，我們已經(jīng)討論完了，接下來(lái)讓我們繼續(xù)看下一個(gè)歧義的觀點(diǎn)。
　　關(guān)于散斑的安全性
　　行業(yè)某文章歧義觀點(diǎn)截圖

　　圖 4.  原文章中的截圖

　　在這部分，對(duì)于散斑的安全性問(wèn)題，某些文章認(rèn)為激光放映機(jī)的屏幕反射光對(duì)人眼是安全的，因此散斑對(duì)人眼無(wú)害。小編承認(rèn)屏幕反射光對(duì)人眼確實(shí)是安全的，不僅如此，激光放映機(jī)內(nèi)部的原始激光在經(jīng)過(guò)一系列光學(xué)器件后，被均勻地散布在寬闊區(qū)域，從投影鏡頭射出的不再是非常強(qiáng)的窄平行光束，不再具有原始激光的危險(xiǎn)能量。因此，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）在2015年正式將激光放映機(jī)的分類從激光標(biāo)準(zhǔn)（IEC 50825-1: 2014）更改為了燈光標(biāo)準(zhǔn)（IEC 62471-5: 2015） [4]。
　　但大家不要忽視燈光標(biāo)準(zhǔn)中的強(qiáng)光危害哦，某文貼出的報(bào)告中也指出了，“距離激光放映機(jī)出光口0.25m至2.5m功率密度的變化范圍為1.97x103W/m2至213W/m2，超出人眼安全閾值，應(yīng)避免人眼接觸。距離激光放映機(jī)出光口2.5m以上時(shí)，低于短時(shí)間（0.1~1秒）照射最大允許量，在人眼正常反應(yīng)時(shí)間內(nèi)可以采取保護(hù)性反應(yīng)而不會(huì)出現(xiàn)照射時(shí)間過(guò)長(zhǎng)意外損傷，因此屬于人眼短時(shí)間照射安全范圍�！币簿褪钦f(shuō)，如果不小心直視了投影光，會(huì)對(duì)人眼安全造成威脅，且距離越近，光強(qiáng)越強(qiáng)，對(duì)人眼的傷害越強(qiáng)。那么，激光散斑會(huì)加深這種強(qiáng)光傷害嗎？答案是，會(huì)的！
　　為此小編進(jìn)行過(guò)深入的研究和推算，推算過(guò)程有點(diǎn)長(zhǎng)，但作為科學(xué)探討也貼在這，大家如果不愿看可以跳過(guò)，直接看最后的結(jié)論。
　　當(dāng)人眼看向放映的光束時(shí)，由于該光束是已經(jīng)被散射過(guò)的相干光，因此會(huì)在人眼視網(wǎng)膜上形成散斑圖樣，即視網(wǎng)膜上會(huì)有強(qiáng)度隨機(jī)分布的亮斑和暗斑。下面我們給出視網(wǎng)膜上散斑的尺寸和強(qiáng)度。
　　由文獻(xiàn) [5]可知，在帶鏡頭的CCD相機(jī)上成像的散斑的平均尺寸為：

　　（1）
　　其中f/#為相機(jī)鏡頭的f-number，即

　�。�2）
　　其中f為鏡頭焦距，為鏡頭孔徑的直徑。
　　人眼結(jié)構(gòu)類似于CCD相機(jī)，其焦距f為22.8mm [6]，瞳孔直徑D為3.2mm [7]。因此，對(duì)于638nm、525nm和465 nm的紅綠藍(lán)光，人眼視網(wǎng)膜上的散斑平均尺寸分別為26.32μm2、17.82μm2和13.98μm2在人眼視網(wǎng)膜中央凹區(qū)域，視錐細(xì)胞（感光細(xì)胞）的平均密度為191000mm-2即視網(wǎng)膜上單個(gè)像素點(diǎn)的平均尺寸為5.24μm2，因此單個(gè)散斑平均可以覆蓋3~5個(gè)視錐細(xì)胞。
　　在激光散斑成像中，散斑強(qiáng)度是一個(gè)隨機(jī)量，通過(guò)Goodman的“隨機(jī)行走”理論 [3]，可以獲得散斑強(qiáng)度的概率密度函數(shù)。在單個(gè)散斑平均覆蓋3~5個(gè)視錐細(xì)胞的情況下，視網(wǎng)膜感受到的散斑強(qiáng)度的概率密度函數(shù)為圖5所示的負(fù)指數(shù)函數(shù) [3]，其概率密度函數(shù)為：

　　（3）
　　其中(I)表示散斑的平均強(qiáng)度，即同功率非相干光到達(dá)視網(wǎng)膜時(shí)的光強(qiáng)。

　　圖5. 散斑強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果的直方圖

　　實(shí)線表示負(fù)指數(shù)函數(shù) [3]
　　在實(shí)際應(yīng)用中，我們更關(guān)心散斑強(qiáng)度超過(guò)一定閾值的概率，該概率為：

　　（4）
　　從公式（4）可以看出，視網(wǎng)膜上某處感光細(xì)胞的散斑強(qiáng)度有5%的概率超過(guò)3倍平均強(qiáng)度，有0.01%的概率超過(guò)9倍平均強(qiáng)度，當(dāng)散斑強(qiáng)度超過(guò)安全限值，將會(huì)導(dǎo)致該處感光細(xì)胞的損傷。
　　以DCI標(biāo)準(zhǔn)的白光為例，RGB三色激光放映機(jī)在視網(wǎng)膜上產(chǎn)生平均強(qiáng)度為I0的光強(qiáng)時(shí)，人眼視網(wǎng)膜上不同區(qū)域的散斑強(qiáng)度分布如圖6 (a)所示，從中可以看到，局部的視錐細(xì)胞需要承受9I0的光強(qiáng)。而如果為激光熒光，則由于大部分為熒光，相干光成分較少，前文計(jì)算可知相干光成分不到RGB的1/5，因而該部分的視錐細(xì)胞只需承受2I0的光強(qiáng)，熒光遠(yuǎn)小于RGB的光強(qiáng)傷害。9倍的強(qiáng)光傷害你想感受一下嗎？

　　圖6.（a）RGB三色激光投影

　　今天，關(guān)于行業(yè)一些文章對(duì)散斑的觀點(diǎn)，我們分析到此結(jié)束。但小編想說(shuō)的是，在激光顯示領(lǐng)域，我們都需要拿出正確的態(tài)度來(lái)對(duì)待激光散斑這個(gè)攔路虎，不論是為了更好的觀影體驗(yàn)，還是為了降低強(qiáng)光傷害風(fēng)險(xiǎn)，都需要想辦法去盡量降低激光散斑，而不要去回避它。目前即使已經(jīng)有大量手段來(lái)消散斑，學(xué)術(shù)界也還在繼續(xù)研究更便宜更有效更穩(wěn)定的消散斑方式，附上今年最近的一篇消散斑的文獻(xiàn) [9]，如果散斑不需要解決，為何學(xué)術(shù)界還樂(lè)此不疲的研究呢。事實(shí)上，熒光也正是一種消散斑的有效手段，目前熒光激光放映技術(shù)的代表ALPD®也正是在利用這種手段消散斑。希望，在激光顯示領(lǐng)域的發(fā)展中，大家能夠相互促進(jìn)，為整個(gè)行業(yè)的發(fā)展添磚加瓦。
　　Reference
　　[3]J. W. Goodman. Speckle Phenomena in Optics: Theory and Applications. 2006.
　　[4]https://www.lipainfo.org/laser-projection/laser-regulations/.
　　[5]S.Roelandt, et al.Standardized speckle measurement method matched to human speckle perception in laser projection systems. Optics Express. 2012, 20(8): 8770-8783.
　　[6 W. J. Smith. Modern Optical Engineering. New York: McGraw-Hill International Book Co, 1966.
　　[7]J. Pokorny and V. C. Smith. How much light reaches the retina. Documenta Ophthalmologica Proceedings Series. 1997, 59: 491-511.
　　[8]C. Curcio. Human photoreceptor topography. J.Comp. Neurol. 1990, 292: 497-523.
　　[9]F. Shevlin. Phase randomization for spatio-temporal averaging of unwanted interference effects arising from coherence. 2018, 57(22): E6-E10.