上期，針對目前行業中對于散斑的一些不正確的見解——“無論什么光源，都可以產生光學干涉現象，也就是說‘任何光源都可以產生散斑現象’”進行了分析說明，受到了很多高能學霸小伙伴的歡迎，那么今天我們將繼續和大家分享一些不一“斑”的知識。

　　關于是否存在原生無散斑 　　行業某文章歧義觀點截圖

圖 1.原文章中的截圖

　　在這部分，原文以之前

　　“任何光源都可以產生散斑現象”

　　為前提推出了不正確論點，即

　　“不存在原生無散斑”。

　　而通過上期分析，可以看到如果光源不是激光器等相干光源，是看不到散斑現象的。

　　而熒光是典型的非相干光，

　　就是原生無散斑的!

　　另外，客觀來說，熒光激光放映技術雖然綠光和紅光用的是熒光(為何這樣說?請參考下圖漫畫)，

　圖2.熒光激光放映技術示意漫畫

　　但藍光用的仍然是激光，因此確實含有激光成分。小編這里計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標準的白光為例，RGB三基色激光放映機的光機需要輸出45.8 W的藍激光、81.0 W的綠激光和112.9 W的紅激光，而熒光激光的光機只需要輸出46.7 W的藍激光和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”，在觀影過程中，激光散斑主要影響的是觀眾的觀影感受，是一個視覺心理量，人眼是有分辨閾值的，目前對激光散斑對比度的標準制定正在緊鑼密鼓的制定中，也就是說，只要激光散斑對比度在某個閾值以下，觀眾是沒法察覺的。這里小編悄悄透露一下，目前在各種標準的測量中，和其他激光放映機相比，熒光激光放映機的散斑對比度是最低的哦，沒有之一!與標準測量相互驗證的是，在實際的產品運作中，熒光激光放映機的運營者均沒有花額外的成本去消散斑，因為不需要，這也是為什么熒光激光技術敢號稱“原生態，無散斑”的原因。

　圖3. 產生60000 lm白光時（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。關于是否存在原生無散斑這個問題，我們已經討論完了，接下來讓我們繼續看下一個歧義的觀點。

　　關于散斑的安全性 　　行業某文章歧義觀點截圖

　圖 4.  原文章中的截圖

　　在這部分，對于散斑的安全性問題，某些文章認為激光放映機的屏幕反射光對人眼是安全的，因此散斑對人眼無害。小編承認屏幕反射光對人眼確實是安全的，不僅如此，激光放映機內部的原始激光在經過一系列光學器件后，被均勻地散布在寬闊區域，從投影鏡頭射出的不再是非常強的窄平行光束，不再具有原始激光的危險能量。因此，國際電工委員會(IEC)在2015年正式將激光放映機的分類從激光標準(IEC 50825-1: 2014)更改為了燈光標準(IEC 62471-5: 2015) [4]。

　　但大家不要忽視燈光標準中的強光危害哦，某文貼出的報告中也指出了，“距離激光放映機出光口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，應避免人眼接觸。距離激光放映機出光口2.5m以上時，低于短時間(0.1~1秒)照射最大允許量，在人眼正常反應時間內可以采取保護性反應而不會出現照射時間過長意外損傷，因此屬于人眼短時間照射安全范圍。”也就是說，如果不小心直視了投影光，會對人眼安全造成威脅，且距離越近，光強越強，對人眼的傷害越強。那么，激光散斑會加深這種強光傷害嗎?答案是，會的!

　　為此小編進行過深入的研究和推算，推算過程有點長，但作為科學探討也貼在這，大家如果不愿看可以跳過，直接看最后的結論。

　　當人眼看向放映的光束時，由于該光束是已經被散射過的相干光，因此會在人眼視網膜上形成散斑圖樣，即視網膜上會有強度隨機分布的亮斑和暗斑。下面我們給出視網膜上散斑的尺寸和強度。

　　由文獻 [5]可知，在帶鏡頭的CCD相機上成像的散斑的平均尺寸為：

　　(1)

　　其中f/#為相機鏡頭的f-number，即

　　(2)

　　其中f為鏡頭焦距，為鏡頭孔徑的直徑。

　　人眼結構類似于CCD相機，其焦距f為22.8mm [6]，瞳孔直徑D為3.2mm [7]。因此，對于638nm、525nm和465 nm的紅綠藍光，人眼視網膜上的散斑平均尺寸分別為26.32μm2、17.82μm2和13.98μm2在人眼視網膜中央凹區域，視錐細胞(感光細胞)的平均密度為191000mm-2即視網膜上單個像素點的平均尺寸為5.24μm2，因此單個散斑平均可以覆蓋3~5個視錐細胞。

　　在激光散斑成像中，散斑強度是一個隨機量，通過Goodman的“隨機行走”理論 [3]，可以獲得散斑強度的概率密度函數。在單個散斑平均覆蓋3~5個視錐細胞的情況下，視網膜感受到的散斑強度的概率密度函數為圖5所示的負指數函數 [3]，其概率密度函數為：

　　(3)

　　其中(I)表示散斑的平均強度，即同功率非相干光到達視網膜時的光強。

圖5. 散斑強度測試結果的直方圖

　　實線表示負指數函數 [3]

　　在實際應用中，我們更關心散斑強度超過一定閾值的概率，該概率為：

　　（4）

　　從公式(4)可以看出，視網膜上某處感光細胞的散斑強度有5%的概率超過3倍平均強度，有0.01%的概率超過9倍平均強度，當散斑強度超過安全限值，將會導致該處感光細胞的損傷。

　　以DCI標準的白光為例，RGB三色激光放映機在視網膜上產生平均強度為I0的光強時，人眼視網膜上不同區域的散斑強度分布如圖6 (a)所示，從中可以看到，局部的視錐細胞需要承受9I0的光強。而如果為激光熒光，則由于大部分為熒光，相干光成分較少，前文計算可知相干光成分不到RGB的1/5，因而該部分的視錐細胞只需承受2I0的光強，熒光遠小于RGB的光強傷害。9倍的強光傷害你想感受一下嗎?

圖6.（a）RGB三色激光投影

　　和（b）熒光激光放映在視網膜上產生的散斑強度分布

　　今天，關于行業一些文章對散斑的觀點，我們分析到此結束。但小編想說的是，在激光顯示領域，我們都需要拿出正確的態度來對待激光散斑這個攔路虎，不論是為了更好的觀影體驗，還是為了降低強光傷害風險，都需要想辦法去盡量降低激光散斑，而不要去回避它。目前即使已經有大量手段來消散斑，學術界也還在繼續研究更便宜更有效更穩定的消散斑方式，附上今年最近的一篇消散斑的文獻 [9]，如果散斑不需要解決，為何學術界還樂此不疲的研究呢。事實上，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，在激光顯示領域的發展中，大家能夠相互促進，為整個行業的發展添磚加瓦。

　　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.