在顯示領(lǐng)域的應(yīng)用方面,激光技術(shù)發(fā)展至今,散斑問題竟成最大攔路虎,嚴(yán)重影響顯示畫面的最終效果而導(dǎo)致激光技術(shù)優(yōu)勢不能有效發(fā)揮并落地。

散斑是什么原因造成的?有無解決辦法?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)形成無數(shù)獨(dú)立的散射子波,這些子波在空間傳播過程中相干疊加,會(huì)在空間形成隨機(jī)無規(guī)則分布的亮斑和暗斑,或通過成像系統(tǒng)在像平面形成干涉圖樣,這樣的干涉圖樣即稱為散斑。

上圖就是著名的楊氏雙縫干涉原理示意圖,我們可以看到,最右邊出現(xiàn)規(guī)范不一致的亮斑和暗斑,就是散斑現(xiàn)象。由于干涉圖像是明暗相間的條紋,所以最終無窮個(gè)干涉圖像在人眼視網(wǎng)膜上疊加形成的圖像相當(dāng)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,散斑讓圖像模糊,極大影響畫質(zhì)和觀影體驗(yàn)。人眼看起來,仿佛被隔了一層磨砂玻璃(如下圖),因此,散斑現(xiàn)象也稱“毛玻璃”現(xiàn)象。

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你可能看到的散斑畫面

【為什么會(huì)產(chǎn)生散斑】

激光,是目前人類可以實(shí)現(xiàn)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(tǒng)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(jié)構(gòu)尺寸小、壽命長,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)生光線干涉現(xiàn)象的兩個(gè)不同光源。光的穩(wěn)定干涉是需要相干光才能實(shí)現(xiàn)的。現(xiàn)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(xiàn)的呢?簡單來說,就是通過光學(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(xiàn)象。這里,想強(qiáng)調(diào)的是:普通的光源想要產(chǎn)生光學(xué)干涉,是沒那么容易的。

目前常見的相干光源只有激光,所以在沒有特指的情況下,散斑一般指的就是激光散斑。

在顯示領(lǐng)域,相干性為激光帶來了傳輸中的高穩(wěn)定性,體現(xiàn)在畫面上為高光效、高亮度、高色域,但也帶來了散斑問題。

形成散斑,需要滿足兩個(gè)條件:第一個(gè)是相干光,即能產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的光源(激光);第二個(gè)是平均起伏大于波長數(shù)量級(jí)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,散斑問題嚴(yán)重影響顯示畫質(zhì)(a為散斑畫面,b為低散斑畫面)。

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(gòu)的一個(gè)難以克服的困難,也是激光顯示界數(shù)年至今持續(xù)研究的重要課題。

【傳統(tǒng)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,在光出來之前就將有散斑的光轉(zhuǎn)化成無散斑的光,這種方式需要較高的技術(shù)門檻,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,通過降低對比度來消除,也就是行業(yè)人常說“抖動(dòng)”,這種方式無門檻限制,常見抖動(dòng)方式有以下兩種:

1、光機(jī)抖動(dòng)

目前某些三色激光投影就是通過投影技術(shù)解決三色激光散斑問題的,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)來克服散斑問題。然而該設(shè)備所謂的技術(shù)僅僅是在光機(jī)中增加了?個(gè)光學(xué)器件,該器件以?定的頻率在上下、左右倆個(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?yàn)橛?個(gè)器件在?直物理抖動(dòng),整機(jī)也會(huì)出現(xiàn)更多的不穩(wěn)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,消除投影儀散斑問題可以通過搭配價(jià)格昂貴的定制幕布來解決,定制的消散斑幕布是通過抖動(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自然、豐富、亮度均勻、畫面清晰。但從實(shí)際效果來看,定制幕布的效果微乎及微,并不能完全解決散斑問題,實(shí)際上是被再消費(fèi)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)光稀士材料,發(fā)射大量非相干性光同時(shí)混合極少部分激光,來形成無散斑白光,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(tǒng)無任何負(fù)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——散斑問題,讓激光光源得以充分發(fā)揮獨(dú)有優(yōu)勢,作為“超級(jí)心臟”為當(dāng)前激光產(chǎn)品提供強(qiáng)大的光源技術(shù)支持,呈現(xiàn)清晰、逼真自然的畫質(zhì),為觀眾提供更為舒適、健康的光影體驗(yàn)。

【散斑是否對人眼有傷害】

答案是:會(huì)的。

當(dāng)我們看向刺眼的太陽光,眼睛都睜不開,因此很容易可以意識(shí)到,強(qiáng)光對人眼是有傷害的。當(dāng)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(qiáng)度隨機(jī)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(qiáng)光傷害。

我們來看一組數(shù)據(jù)。以DCI(Digital Cinema Initiatives)標(biāo)準(zhǔn)的白光為例,當(dāng)RGB激光放映機(jī)、ALPD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)度分布如下圖(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ALPD激光,則相干光成分較少,通過計(jì)算(附公式,詳見文末)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(xì)胞只需承受2I0的光強(qiáng),ALPD激光遠(yuǎn)小于RGB激光的光強(qiáng)傷害,兩者約相差9倍。

9倍的強(qiáng)光傷害,你想感受一下嗎?

【ALPD激光觀看更舒適】

與三色純激光不同,ALPD激光是經(jīng)過特殊技術(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(jí)劃分圖:

【小結(jié)】

在激光顯示領(lǐng)域,激光散斑這個(gè)攔路虎是客觀存在,我們需要做的,一是拿出正確的態(tài)度來對待,不論是為了更好的觀影體驗(yàn),還是為了降低散斑傷害風(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;二是堅(jiān)持研究,尋找更有效更穩(wěn)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)界還樂此不疲的研究?

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

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(fèi)者提供更好的視覺體驗(yàn),而各種技術(shù)路線相互促進(jìn),正是行業(yè)發(fā)展壯大的希望。