三色激光這么好，散斑這么“壞”，我們?nèi)绾巍案傻羲��?/h1>

    在投影機顯示的成像光源中，三色激光以其純度和準(zhǔn)度，為顯示設(shè)備提供了難以匹敵的色域?qū)挾群蜕珳?zhǔn)表現(xiàn)。同時，激光器的高效電光轉(zhuǎn)化，也是一種“更為低碳”的理想光源技術(shù)。但是，在這些天然優(yōu)勢之外，三色激光也有一個巨大的問題：那就是“散斑”！

    手掌的正反面，散斑是什么

    首先，很多人將散斑和激光、三色激光聯(lián)系起來。這是不正確的結(jié)論！散斑是一種：光在粗糙度大于光波波長的表面反射過程中呈現(xiàn)的一種“相干”現(xiàn)象。即，日常生活中的反射光都會有散斑現(xiàn)象。

    例如，牛頓時代的科學(xué)家就觀察到散斑現(xiàn)象。據(jù)廣東工業(yè)大學(xué)陳華平教授的研究，牛頓對恒星的閃爍現(xiàn)象的研究，是目前可查的最早關(guān)于散斑的科學(xué)研究紀(jì)錄，并得到了恒星和行星兩類星體的空間相干性是不同的結(jié)論。此后，1877 K.�？怂辜{研究散射光干涉現(xiàn)象時，指出散斑圖樣是光源單色性不夠引起的；1914年M.von勞厄則實現(xiàn)了對散斑的首次統(tǒng)計特性研究——這些研究都是在激光發(fā)明之前出現(xiàn)的。

    但是，激光器的發(fā)明，給予了人類“最純之光”，讓散斑的研究擁有了強所未有的武器，帶來了散斑科學(xué)研究的一系列重大進步：包括不限于波長和頻率對散斑的影響、相位對散斑的影響、反射面顆粒度對散斑的影響等等。

    由此可以看到，如果非要說激光和散斑有什么關(guān)系，也應(yīng)該是“激光的超純特性，純化了散斑圖樣，讓散斑更為清晰易見而已”。除了激光之外，其它光源和成像技術(shù)，照樣要有散斑，因為這是“光的波動性的必然”。只不過，日常生活中的散斑現(xiàn)象大多超過人眼的時空分辨能力，人“看不到”而已：就像細(xì)菌病毒原子核，我們看不到不代表不存在。

    同時，也可以看到，激光顯示的優(yōu)勢來源于激光的高純特性（包括頻率和相位的一致性）；激光顯示的劣勢，即散斑也來自于激光的高純特性——這兩者就像“手心手背”無法分割。事實上，激光顯示技術(shù)“最”核心的內(nèi)容之一，就在于如何“應(yīng)對”散斑。當(dāng)然，這種劣勢是指對于顯示系統(tǒng)而言：散斑也是對非鏡面反射物體的一種高靈敏度測量方法——利用散斑圖樣的統(tǒng)計學(xué)特征可以測量物體的位移、振動和形變，成為無損檢驗的重要手段之一（即大名鼎鼎和火爆的激光表面檢測技術(shù)）；此外散斑也具有天文學(xué)上的重要研究利用價值。

    不能消滅你，但是可以讓你隱身

    顯示系統(tǒng)中散斑的干擾是普遍存在的！但是為什么傳統(tǒng)顯示產(chǎn)品不談這個問題，三色激光卻要著重解決散斑問題呢？

    答案在于，傳統(tǒng)顯示系統(tǒng)的光源“純度不夠”，因此其形成的成像散斑也是毫無章法的隨機分布，并各個疊加掩蓋。加上我們?nèi)搜鄣姆直媪τ邢�，進而“人看不出來”。激光的高純度，讓散斑的形成和分布更有規(guī)律，使其視覺上的可感知性增強，增加了人眼看到散斑的可能性。

    實際上，成像系統(tǒng)利用人眼“視覺極限”是常規(guī)操作：例如，2K的10米寬電影院大屏幕，每一個像素點的顆粒尺寸都達(dá)到黃豆粒大小——這樣該是馬賽克式的畫面了吧！但是在影院特點的觀看距離和環(huán)境明暗對比下，人眼對空間的分辨率極限要比黃豆粒大很多，所以觀眾看到的依然是連續(xù)、平滑的畫面。

    例如，手機、TV等應(yīng)用的OLED/LCD顯示器，像素是分成紅綠藍(lán)三個空間上平行排列的亞像素的。用放大鏡近距離很容易看出來。這樣的像素結(jié)構(gòu)，第一，實際上也是馬賽克，而且是三原色馬賽克、第二，線條的邊緣必然是亞像素的單原色彩邊。然而，這些細(xì)節(jié)都超越了人眼正常使用設(shè)備時的空間分辨力極限，所以觀眾正常應(yīng)用設(shè)備看不出來。

    再例如，投影機顯示的單片式DLP技術(shù)，其三個原色不是分布在不同的空間位置上，而是在色輪的輪轉(zhuǎn)中，在單獨的時間片出現(xiàn)。即，如果能夠在時間軸上更精細(xì)的分辨，看到的應(yīng)該是三原色一個個的單色畫面的不斷切換。然而，實際上人眼在時間分辨力上也不怎么出色，所以就混合成了彩色的完美畫質(zhì)。

    “人眼時空分辨率有極限，所以，激光成像中散斑消減的基礎(chǔ)也就有了”。那就是讓激光成像系統(tǒng)的散斑和傳統(tǒng)光源成像系統(tǒng)的散斑一樣，超越人眼極限，讓大家看不到，也就不會在對“畫質(zhì)”有任何的干擾。這也是目前“消散斑技術(shù)”所正在做的事情。

    兩條路下手，科技“消散斑”不留情

    激光顯示系統(tǒng)中，散斑的高可見性，源于激光的“高純度”：即高頻率一致性和高相位一致性。消散斑也就會從這兩者入手：

    第一，激光成像系統(tǒng)每一個原色的激光器數(shù)量都不是一個——因為一個的亮度不夠用。所以，在同一個原色上采用多個頻率略有差異的激光器，就能極大的消減散斑的可感知性。而且這種技術(shù)改變，絲毫不增加“額外”成本。其所要求的不過是半導(dǎo)體激光器的制造精度，在出光準(zhǔn)度上，略微放寬一些。（例如，京鐳創(chuàng)高科光電科技有限公司的WLD2.0-TEC激光光源技術(shù)，采用6P激光光源方案，即兩波長紅光、三波長綠光、并適度拉寬藍(lán)光波長范圍的方式，消除散斑。）

    第二，改變激光成像系統(tǒng)中的“相位一致性”。方法也不復(fù)雜，即讓激光在成像中穿越的介質(zhì)或者其反射成像面，不規(guī)則的“改變”就可以。后者就是大名鼎鼎的“振幕”技術(shù)。也是激光電影院常用的消散斑技術(shù)。不過，振幕也不一定就要“振屏幕”，實際上業(yè)內(nèi)也有眾多其它相似原理的“改變相位一致性”的設(shè)想方案。

    有了以上兩大手段，理論上散斑能夠消除到“完全不可見”：不僅是三色激光、單色激光、雙色激光顯示也是如此。但是，實際工程應(yīng)用中的標(biāo)準(zhǔn)是“弱可見”即可：也就是，在顯示單色原色畫面時，近距離觀察屏幕，能夠看到不太明顯的散斑；但是，正常觀影距離、正常畫面顯示，觀眾察覺不到散斑的存在。

    之所以不完全搞定散斑，讓其徹底看不到，是因為有成本因素的考慮：不影響正常應(yīng)用就可以，不用為了“心理上的膈應(yīng)”增加額外成本。

    大名鼎鼎的振幕技術(shù)，何以這么神奇

    振幕技術(shù)是目前消除激光顯示散斑中，在電影院常見的方案，也是一個古老的方案。其方法原理很簡單：投影屏幕做垂直于投影光線方向的不規(guī)則、高頻率（遠(yuǎn)超人眼時間分辨率）的微弱振動。這種振動由專門的振動發(fā)生裝置實現(xiàn)，振動可在屏幕上以振動波的方式傳播。其系統(tǒng)可以在任何投影屏幕上“疊加”，而不改變和損壞幕布既有結(jié)構(gòu)與光學(xué)性能。

    振幕系統(tǒng)本質(zhì)是改變了時間軸上，反射光線到人眼的“相位一致性”。但是，這種改變的頻率很高、速度極快，超越人眼分辨力很多；人眼自動將其合成為一個畫面，進而讓不同形態(tài)的散斑無規(guī)則疊加成近乎均勻的無散斑畫面。同時，振幕系統(tǒng)的振幅是改變激光反射相位，其振動偏移與可見光光波波長具有可比性，完全不影響投影鏡頭的對焦清晰度效果（對振幕對“焦距”的變化影響往往小于鏡頭光學(xué)誤差，亦大幅小于人眼空間分辨力極限。振幕系統(tǒng)的主要問題在于多個振動源的協(xié)同調(diào)試問題、噪音問題、振動源壽命和穩(wěn)定性問題等，特別是大型影院屏幕上，這些問題的難度大幅增加）。

    振幕技術(shù)的成功，讓投影行業(yè)對三色激光顯示的未來充滿信心，并誕生了很多類似于這一原理的“消散斑”、改變相位的方案：例如，既然反射屏幕振動可以，那么1.激光光源，即激光器的振動也可以改變時間軸上光線到達(dá)人眼的相位分布；2.激光器發(fā)光相位和頻率受溫度變化影響，快速改變激光器工作溫度也可以調(diào)節(jié)頻率和相位；3.成像的DLP或者LCD光閥的振動同樣可以改變成像光線的時間相位；4.在投影光路中增加一個“相位改變鏡片”：精度極高、顆粒度高度不規(guī)則、顆粒凸起尺寸變化與空氣、該鏡片中光速傳播差異可比（這樣的鏡片可經(jīng)由光刻加工或者化學(xué)加工實現(xiàn)）——這樣的鏡片高速的、同時在垂直、水平和前后方向上無規(guī)則抖動，大幅度在空間和時間上改變成像光線相位；5.利用加電晶體在不同電壓下內(nèi)部光速的不同，通過高頻的加電電壓變化，制作改變投射光線相位的機構(gòu)；6.通過投影機內(nèi)部的光源光線處理的均光、反射或分光鏡片的垂直于光線方向的振動改變相位……等等。

    通過以上分析可以看到，改變相位的技術(shù)手段很多，但是都與最早成熟的振幕技術(shù)異曲同工。且在投影光路內(nèi)改變相位的技術(shù)，還兼具小型化的優(yōu)勢，可以成為居家三色激光投影的技術(shù)方案。且，如果這些技術(shù)，不計成本的應(yīng)用，那么，拿著放大鏡也看不到散斑的三色激光投影顯示系統(tǒng)并非不可能——只不過，這不符合經(jīng)濟性和現(xiàn)實需求的市場規(guī)律而已。

    同時，多頻段光源消減散斑技術(shù)，不僅可以是巴可數(shù)字電影放映機那種“6P”技術(shù)、純激光的多個頻段激光器組合；也可以是激光+LED的光源組合，犧牲一點色準(zhǔn)和色域，利用LED的發(fā)光頻段比較寬的特性，實現(xiàn)極大程度上的散斑抑制；同時，LED光源作為激光的補光，在相位上自然也會“打破激光的高純一致性”，實現(xiàn)另一重原理上，即相位消散斑——雙管齊下，這讓LED和激光混光的散斑消除率通常在95-97%以上，且還可以提升色彩質(zhì)感的視覺舒適性，這也是LED和激光混合使用的一大意義。

    另一方面，純激光顯示的彩邊問題，其形成的本質(zhì)和散斑問題是一致的：即任何降低和消除散斑干擾的技術(shù)，也都能極大的抑制彩邊的出現(xiàn)。且，彩邊問題本身就比散斑要輕微，所以，做到彩邊完全不可見的技術(shù)門檻，要比消減散斑到完全不可見要更低一些。

    綜上述，“散斑”固然是一個必須要重視的現(xiàn)象，但是其并非與激光成像“綁定”的科學(xué)現(xiàn)象，而是普遍存在的。通過對普遍存在的散斑，卻基本被視覺無感的研究，可以為消散斑提供經(jīng)驗——即在激光顯示上應(yīng)用多種技術(shù)改變激光的頻率和相位一致性，實現(xiàn)視覺上的“消散斑”。這是工程技巧、也是科學(xué)原理、更是人眼極限能力等的巧妙組合與應(yīng)用。也恰是這些技術(shù)的成熟，才讓今天三色激光、全色激光顯示能登堂入室。當(dāng)然，今天的消散斑技術(shù)距離“完美”還有些距離，行業(yè)依然需要繼續(xù)努力，在技術(shù)工藝、材料上持續(xù)進步。