1前言
激光具有方向性好、亮度高、单色性好、相关性好的特点，这些特点使激光应用在各个领域，比如激光投影显示、光刻等领域，但由于激光的相干性好，在成像时会形成散斑噪声，散斑噪声的存在严重影响图像和信息的质量，因此研发激光散斑抑制技术和器件十分必要。笔者通过在incoPat专利检索系统中检索“AB=((激光 AND 散斑 AND (消 OR 除 OR 抑制)))”获得检索结果后，对该些专利的公开国别所属专利数量进行了统计，其中图 1示出了激光散斑抑制技术的相关专利在各国的分布情况，可以明确看出，关于激光散斑抑制技术，国内专利申请遥遥领先各国，从侧面也反映出国内对于该方面技术的研究较多。
图1 激光散斑抑制技术相关专利在各国分布图
2激光散斑抑制专利技术分析
目前，激光散斑抑制技术原理大致分为两类：
（1）通过降低激光光源的相干性和通过多幅独立非相关的散斑图样的动态叠加实现散斑的抑制，其中，通过多幅独立非相关的散斑图样的动态叠加实现散斑的消除是利用了人眼的特性，人眼对图像的响应时间大约是30ms，在这段时间内人眼接收到的图像就会进行叠加，当多幅独立非相关的散斑图样在这段时间内发生叠加时就会达到视觉平均的作用从而减少了人眼观察到的散斑。
（2）通过改变激光器的谐振腔的长度或者改变高频调制位相的方法来实现激光光源线宽的增加或者通过采用波长稍有不同的多个激光器照明来获得波长的多样性从而降低激光光源的时间相干性，进而减少激光的散斑噪声，通过将激光光束分为子光束，不同的子光束引入不同的光程差，超过激光光源的相干长度后合束来作为照明光源，此种方法同样削弱了激光的相干性从而达到了抑制散斑的效果，或者也可采用空间分开的多个激光器组成激光阵列来实现照明角度的多样性进行散斑的抑制。
笔者通过对公开的有关激光散斑抑制技术相关专利文献进行分析，对于激光散斑抑制技术实际采用的方法和手段可归为分两类：静消散斑法和动消散斑法。
2.1静消散斑法
笔者这里的“静消散斑法”是指在进行激光散斑抑制过程中，所涉及的部件或光学元件均保持静止的状态。现有技术中，所涉及的部件或光学元件包括各类散射片或匀光部件、微透镜阵列、复眼光学积分器、衍射光学元件等。有关专利文献如下：
专利CN215494378U 提出消散斑匀光棒，能够避免出现激光散斑的现象；专利CN203773167U使用微透镜阵列与匀化片的结合方式消除散斑；专利CN109270701A采用包括透光基底、分别位于透光基底上表面和下表面的微透镜组的消散斑器件；专利CN201314977Y背景技术中提到的光纤消除激光散斑（工作原理：一定长度的光纤，当会聚后的激光束进入光纤，不同入射角的激光光束与光纤壁的碰撞次数不同，造成光束的光程不同，因而在光纤出射面的激光束有不同的相位，减弱了激光的相干性，降低激光散斑）；专利CN10142565B利用压电效应、电光效应、声光效应及标准具快速改变激光器腔长或激光经历的光程，使激光输出波长快速变化或产生跃变，从而降低散斑效应；专利CN1727938A采用衍射光学器件把扩束后的圆形或环形或椭圆形激光束转换为方形照明光束，经过对所用衍射光学器件进行特殊设计以达到消散斑的目的；专利CN109557767A使用衍射光学元件与LSR激光散斑衰减器相结合的方式，其中整个光学系统最大程度地保留了衍射光学元件所形成的能量平顶分布的状态，LSR激光散斑衰减器处在光学系统的物方平面上，只起到衰减散斑的作用，而不会产生其他的任何影响。
其中，散射片或匀光部件在静止状态下，对于结构以及位置要求低但散斑抑制效果有效；采用微透镜阵列匀光效果好但是对于光束角度要求非常高；采用衍射光学元件能量利用率高但对于其在光学系统中安放的位置有比较严格的限制。
2.2动消散斑法
笔者这里的“动消散斑法”是指在进行激光散斑抑制过程中，所涉及的部件或光学元件处于运动的状态、或者需要进行运动或转动的操作。有关专利文献如下：
专利CN104375280A 采用半导体激光器和微透镜阵列相对运动的方案，微透镜阵列具有匀光的作用，也即可将高斯光转换为类平顶光，半导体激光器和微透镜阵列相对运动可以到达消激光散斑；专利US6081381A先采用发射透镜使激光光束发散，再采用旋转的微透镜阵列降低光束的相干性以达到减弱散斑效应的目的（工作原理：微透镜将激光光源的平行光会聚成几个会聚点，激光束的光束相对微透镜的高度不同相应的光程也不同，不同会聚点的激光束进入积分棒，同理出射面的激光束有不同的相位，相干性减弱，转动微透镜使激光散斑的位置移动，眼睛合成各个细小不同散斑，减小散斑的对比度）；专利CN201340489Y采用电磁振动装置使光纤束产生随机振动；专利CN201387516Y中采用脉冲电源与逆压电材料体，使环绕在逆压电材料体上的光纤束产生无规则伸缩；专利CN202330967U采用运动的毛玻璃、多面棱镜、筛孔等器件进行消散斑处理；专利CN103279000A旋转匀化玻璃/匀光片，消除由于激光的高相干性引起的激光散斑；专利CN206363023U 通过将激光光棒设于马达本体的中空轴内，采用马达本体带动激光光棒进行旋转运动的方式，巧妙的实现了时间与空间的混光模式；专利CN104965307A 采用相位型衍射/散射微结构高频振动或转动，在人眼或探测器积分时间内实现了大量独立非相关散射图像的随机叠加；专利CN102213839A采用振动模组，采用振动模组相应的电压使传输介质以及散射体共同振动，消除散斑。
相比于“静消散斑法”，“动消散斑法”通过采对所涉及的部件或光学元件进行运动或旋转操作，可提高消散斑效果，但在同时由于引入了运动或旋转机构，也会影响整个光学系统的稳定性。
3小结
通过对激光散斑抑制技术有关专利申请进行梳理可知，目前国内采用的消散斑技术手段较为多样化，各有其优势和不足之处。本文的梳理和分析为进一步对激光消散斑的研究和专利申请工作提供参考。
