本发明涉及激光投影显示测量的技术领域，具体涉及一种激光投影散斑测量系统。
背景技术：
随着显示技术的迅速发展，激光显示凭借诸多优势成为新一代的显示技术，其突出优势包括色域覆盖率高、高亮度、高对比度等，并成为最有前景的新一代显示技术；激光显示的优势主要来源于激光光源的采用，换句话说，激光光源具有很好的相干性、单色性、色纯度高、色域大；然而，相对于激光波长，投影光学器件或者投影屏表面粗糙，激光经过粗糙表面产生干涉，进而在投影画面中出现“散斑”现象，散斑的存在不仅会严重影响照明光斑的均匀性和图像质量，而且还会引起视觉疲劳。因此，业内专家也做了大量关于消除或降低散斑的研究，也发表了一系列的研究成果。在测量方面，激光散斑的准确测量对于激光投影显示散斑程度的评价至观重要，同时也是验证消散斑技术效果的重要手段；目前通常采用散斑对比度来对激光散斑程度进行评价。
对于激光散斑的检测，业内相关企业和专家也提出了一些解决方案；如公开号为CN201520785210的专利公开了一种基于人眼特征的激光图像散斑的测量系统，主要包括激光、成像镜头、感应元件，并通过采用与人眼通孔、焦距匹配的成像镜头和匹配视网膜的光强响应曲线的感光元件模拟了人眼对于散斑效应的感知，进而实现散斑进行测量；再者，日本公开号为JP 2014-32371A的专利技术公开了一种激光散斑发生器和散斑评估系统，主要包括激光光源、漫射板，并通过驱动漫射板移动并改变激光光束相位，产生不同类型的散斑，并通过散斑测量仪器测量散斑对比度，其中散斑测量仪器包括针孔光阑、成像感应元件、成像镜头。
从上述可知，现有的对于激光投影散斑的检测技术和测量装置中均只可以实现散斑对比度的测量，不能实现设备散斑对比度的现场校准功能；如果要对传统激光散斑测试技术进行散斑对比度校准，则需要提供合适的场所、光源夹持设备、校准光源、测量设备安装装置等进行校准，不仅过程繁琐、设备及场地成本相对较高，往往还会由于环境中其他光源或者来自与墙面等的反射光进入测量设备中导致产生较大的杂散光，影响结果的准确度；加之激光散斑测试技术在现场测量中的应用非常广泛，如电影院、会议室等场所，在测量现场实现设备的快速校准对于保证测量的准确性尤显重要。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种激光投影散斑测量系统，通过集成化设计，不仅可以实现激光投影仪以及待测屏幕的散斑特性，而且可随时对测量装置的散斑特性值(如散斑对比度)进行校准，高度保证和提高散斑对比度的测量准确度，实现被测对象的客观科学评价。本装置可实现散斑对比度的校准以及激光投影仪、投影屏的散斑对比度测量。
本发明通过以下技术方案实现：一种激光投影散斑测量系统，其特征在于，包括：内部设有光源模块和成像测量装置的箱体；其中所述的光源模块由激光光源和非相干光源组成，且所述的光源模块通过可对激光光源和/或非相干光源的位置角度进行调节的光源支撑机构与箱体连接；所述的成像测量装置包括光学成像单元和二维阵列探测器；在箱体内或箱体外设置投影屏，所述光源模块或被测激光发出的光投射在投影屏上形成光斑图像，所述的成像测量装置对准光斑，并通过光学成像单元将光斑成像到二维阵列探测器上。
本发明装置在创新性的将激光光源和非相干光源集成在了测试装置箱体内，为激光散斑参数的校准和测试提供了必要的光源设备，并通过手动或机械控制装置自动控制激光装置和非相干光源在入射光路中的位置角度的切换、调节，使得入射光束在屏幕上的光斑充满测试区域，并同时充满成像测量装置的视场范围；本装置的光路实现主要为：光源模块或者被测光源发出的光通过投射至投影屏表面形成光斑，进一步地光斑图像经过成像测量装置的光学成像单元后最终成像至成像测量装置的探测面上进行测量。本装置中所提到的投影屏可以为标准参考屏幕(如标准漫反射屏)，也可以为待测的投影屏；并可以根据实际需要将标准参考屏幕设置在箱体内部或外部。以下就激光散斑测试设备的校准和测试功能进行详细介绍：
校准功能：本装置的校准主要通过分别将装置箱体内部的激光光源和非相干光源依次切入到入射光路中，并将入射光投射至投影屏上形成光斑，光斑图像进一步经过孔径光阑后成像至成像测量装置的探测面上进行测量得到最高和最低的散斑对比度，并根据理想的散斑对比度对测量值进行校准。
一般地，校准时采用的投影屏为标准漫反射屏，且采用激光照射标准漫反射屏时的散斑对比度值理想值为1，校准后测得的散斑对比度应不低于0.97；采用非相干光源照射标准漫反射屏时的散斑对比度的理想值为0，校准后测得的散斑对比度应值应不高于0.02；
测试功能：对于已经完成校准的测量装置，则可用来对被测对象(包括激光、激光投影仪、投影屏等)的散斑进行测量。具体地，在对激光投影仪的散斑进行测量时，可将设备箱体内置的光源装置切出光路，进而使得激光投影仪的入射光束照射在投影屏上形成光斑，进一步地，由成像测量装置对散斑进行测量；在对被测投影屏的散斑进行测量时，则可通过将光源装置中的激光切入到入射光路中进发生光束至被测屏幕上形成散斑，进而由成像测量装置对散斑进行测量。
与传统激光散斑对比度测试仪器相比，本发明测量装置在设备中集成了激光光源和非相干光源，可以便捷地完成散斑对比度的校准功能，在实验室以及现场激光散斑测量场合均可以适用，并具有操作便捷、成本低、功能强大以及测量准确度高的特点，保证了散斑特性测量和评价的准确度，对于指导业内进行激光散斑相关研究提供了技术支撑。
本发明可以通过以下技术方案进一步限定和完善：
作为一种技术方案，所述的成像测量装置中包括使二维阵列探测器中各像素的相对光谱响应度与人眼光视效率函数相匹配的滤色片；即所述的成像测量装置的光谱响应与人眼光视效率函数相匹配。由于人眼观察到的散斑图像除了会受到显示设备光学系统的影响外，还与人眼的光学成像和感光机制有关，尤其是彩色散斑，人眼的光视效率随波长变化，因此传统简单采用相机代替人眼进行散斑图像采集的方法往往无法表征人眼对散斑图像的真实感知，因此，本方案采用光谱响应曲线与人眼光视效率函数相匹配的成像装置，可以更加直观的体现人眼对散斑图像的感知。作为优选，所述的成像测量装置为成像亮度计。
作为优选，上述方案中的成像测量装置的位置满足：成像测量装置的中心轴线与光源模块或被测激光的发射光束中心轴线相对于投影屏的法线非对称设置。成像测量装置的中心轴线与入射光束中心轴线非对称设计的目的是避免入射光的镜面反射光对测量结果的影响，更加客观的反射被测对象本身对于散斑产生的特性。
作为一种技术方案，所述箱体上设有箱体上设有用于将被测激光的光线引入箱体内的入光口和/或用于采集投影屏表面信号的采样口。本方案中在测量装置的箱体设置将被测激光的光线引入箱体内部的入光口和/或用来采集投影屏表面信号的采样口，进而可以激光投影仪、激光光源或者投影屏幕的散斑特性测试；具体对应三种实施方式，分别为：
当箱体同时设有入光口和采样口时，则本设备兼备激光投影和投影屏幕的散斑特性测试；
当箱体仅具有入光口，则本设备仅针对备激光投影的散斑测量；
当箱体仅具有采样口时，则本设备仅针对备投影屏幕的散斑相关特性测量。
作为优选，所述箱体上设有箱体上设有用于将被测激光的光线引入箱体内的入光口和用于采集投影屏表面信号的采样口。
作为上述方案的一种实施方案，还包括一个标准漫反射屏，且所述的标准漫反射屏集成设置在箱体外部；当标准漫反射屏设置在箱体外部时，在进行校准或者进行激光投影仪的测量时，仅需将标准漫反射屏放置在箱体的采样口处即可；
作为上述方案的一种实施方案，还包括一个标准漫反射屏，且标准漫反射屏设置在箱体内部，并可从光路中切入或切出。本方案中，将标准漫反射屏集成在激光散斑测量装置内部，光源模块或者待测的激光、激光投影装置的发射光束投射至标准漫反射屏上形成散斑图像，并由成像测量装置对散斑图像进行接收并对散斑图像进行测量；而当测量对象不是激光光源或者激光投影装置，而是投影屏时，则可以将标准漫反射屏从光路中切出，并在相应的位置处放置待测屏幕，此时，光源模块的发射光束投射至待测屏幕上形成散斑图像，并由成像测量装置对散斑图像进行接收并对散斑图像进行测量。
上述方案中标准漫反射屏的采用是由于标准漫反射屏具有近似于朗伯体的散射特性，可为设备的散斑对比度校准以及激光投影仪的散斑对比度测量提供一个参考标准，进而保证不同投影设备散斑对比程度之间比较的客观性；
作为一种技术方案，所述的箱体在测试时呈打开状态，且所述的成像测量装置通过位置可调的探测器支撑机构与箱体连接。本方案中的箱体为可打开的匣子，在实际测试时箱体呈打开状态，并且将光源模块以及成像测量装置等组成的光学系统呈现出来或者弹出、托起或抽出；进一步地，可以通过手动或者机械自动方式调整光源模块、投影屏以及成像测量装置的位置，进而实现对准。本方案中，所述的成像测量装置通过可调的探测器支撑机构与箱体连接，在测试时可以通过手动或者自动方式对探测器支撑机构进行调整进而实现成像测量装置的位置角度调节；进而使得成像测量装置准确对准投影屏表面的光斑图像。
作为一种技术方案，还包括孔径光阑，所述的孔径光阑设置在成像测量装置中，位于光学成像单元之前的光路上或者光学成像单元与二维阵列探测器之间的光路上；或者所述的孔径光阑是相对独立的，位于投影屏和成像测量装置之间的测量光路中。设置孔径光阑的目的均为限制进入成像测量装置中的入光量；作为优选，所述的孔径光阑的孔径大小模拟人眼瞳孔的尺寸。
作为上述方案的一种实施方式，所述的孔径光阑直接设置光学成像单元之前的光路上或者光学成像单元与二维阵列探测器之间的光路上；即孔径光阑可为设置在成像测量装置的内部；作为优选，所述的成像测量装置的入光光阑即为所述的孔径光阑；
作为上述方案的一种实施方式，所述的孔径光阑是相对独立的，位于投影屏和成像测量装置之间的测量光路中。
作为一种技术方案，所述的孔径光阑包括两个及以上的孔径大小不同的可替换光阑，或者所述的孔径光阑是孔径大小可以调节的可调光阑。
作为上述方案的一种实施方式，即所述的孔径光阑由一个及以上的孔径大小不同的光阑构成，且所述的光阑可根据不同测量需要切换至光路中。光阑的尺寸对于散斑对比度的测量结果有直接的影响，本技术方案中通过设置不同一个及以上的孔径大小不同的光阑，进而根据测试需求将孔径大小合适的光阑切换至屏幕和成像测量装置之间的光路中。作为优选，所述的孔径光阑大小与人眼瞳孔的尺寸相似，为3-4mm；进而可以更加可换的模拟人眼对散斑图像的感知。
作为上述方案的一种实施方式，所述的孔径光阑的孔径大小可以调节；即孔径光阑的孔径大小可以实现连续可调，进而根据测试需求将孔径调整为合适的尺寸，进而屏幕上形成的散斑图像通过孔径光阑进而由成像测量装置接收；作为优选，孔径光阑的孔径尺寸为3-4mm可调。
作为一种技术方案，所述的非相干光源为白炽灯或白光LED。白炽灯、白光LED均为非相干光源，可以产生最低的散斑对比度，可用于最低散斑对比度的校准；
作为优选，上述方案中在非相干光源与投影屏之间设置准直镜，所述的光源模块或者被测光源发出的光经过准直镜后均匀照射在投影屏的表面；准直镜的目的是使得入射光均匀照射至投影屏表面。
作为一种技术方案，所述的激光光源为单模、线偏振氦氖激光。单模、线偏振氦氖激光具有高度的相干性、单色性，可以产生最高的散斑对比度，可用于最高散斑对比度的校准；同时也可以作为被测屏幕散斑特性测量时的发射光源。
作为上述技术方案的优选，在激光光源和投影屏之间的光路上还设有扩束镜，所述的激光光源通过扩束后照射在投影屏表面。由于激光光源的光束发射角相对比较小，为了使得投影屏上形成足够大小的均匀光斑，则在激光光源后设置扩束镜，使其产生的均匀光斑并充满成像亮度测量装置的测量视场。
作为一种技术方案，所述的激光光源和非相干光源设置在任意位置，且可按需要依次切换至指定光源位置；在测量时可通过人工或机械控制装置将相应的光源切换至指定入射光位置。作为优选，激光光源和非相干光源并列放置，并通过开关分别点亮；光源装置中的激光光源和非相干光源可以并列放置，在使用时仅通过开关分别控制其依次点亮便可。
作为一种技术方案，在光源发射装置(光源模块或被测激光仪)与投影屏之间的光路上设置滤光片，滤除非目标谱段以外的杂散光；所述的滤光片可以放置于散斑测量装置内部，也可以放置在散斑测量装置外部；作为优选，所述的滤光片设置于散斑测量装置箱体以外，并根据不同的测量对象选择并更换使用不同的滤光片。
作为一种技术方案，在所述的投影屏和光学成像测量装置之间的光路中设置偏振片，且所偏振片可以从光路中切入或切出。本方案中当发射光源为激光时则将偏振片切入到投影屏和光学成像测量装置之间的光路中；由于绝大多数的激光为偏振光，在投影屏和光学成像测量装置直接设置偏振片的目的是通过调整偏振片使得激光的偏振方向与偏振片的偏振面一致，从而产生获得最大的散斑对比度，仅当入射光源为相干光源时使用；当入射光源为非相干光源时，可将偏振片切出光路。
作为一种技术方案，还包括机械驱动装置；所述的机械驱动装置用来控制光源模块、成像测量装置的位置调节、孔径光阑切换和孔径大小调节、以及偏振片的调整等。
作为一种技术方案，还包括数据处理模块，所述的数据处理模块可集成在成像测量装置上，也可在位于上位机中，如电脑。数据处理模块主要实现对成像测量装置所采集散斑图像的分析，获得散斑特征参数，如散斑对比度。
【附图说明】
附图1为实施例1中本发明装置示意图；
附图2为实施例1中本发明在待测屏的散斑对比度测量时的示意图；
附图3为实施例1中本发明在激光投影仪散斑对比度测量时的示意图；
附图4为实施例1激光投影仪投影形成的散斑图像测量的截面示意图；
附图5为实施例2中本发明装置示意图；
附图6为实施例3中本发明装置示意图；
附图7为实施例4中本发明装置示意图；
附图8为实施例4中本发明在待测屏的散斑对比度测量时的示意图；
附图9为实施例4中本发明在激光投影仪散斑对比度测量时的示意图；
附图10为实施例5中本发明装置示意图；
附图11为实施例6中本发明装置在测试时的装置示意图；
箱体—1；入光口—1-1；采样口—1-2；光源模块—2；激光光源—2-1；非相干光源—2-2；成像测量装置—3；光学成像单元—3-1；二维阵列探测器—3-2；光源支撑机构—4-1；探测器支撑机构—4-2；投影屏—5；标准漫反射屏—5-1；被测屏—5-2；孔径光阑—6；准直镜—7；扩束镜—8；偏振片—9；滤光片—10；
【具体实施方式】
实施例1
如图1、2、3公开了一种激光散斑测量装置，包括箱体1，且在箱体1上设有一个用于将被测激光的光线引入测量装置内部的入光口1-1和用来采集投影屏2表面信号的采样口1-2，在箱体1内部设有光源模块2、可以移动的标准漫反射屏5-1以及成像测量装置3；所述的光源模块2和成像测量装置3分别通过光源支撑机构4-1和探测器支撑机构4-2安装在箱体1内(图中未画出)，并且其中光源模块2和成像测量装置3的位置角度可通过对应的支撑机构进行调节；所述光源模块2由激光光源2-1、非相干光源2-2组成，所述的激光光源2-1和非相干光源2-2在空间上紧密排列，当激光光源2-1和非相干光源2-2提供照明条件时，仅需分别点亮即可；当不需要箱体内部的光源模块2提供照明时可通过机械控制装置且光源模块2切出光路；在测量光路上依次设有可以从光路中切入和切出的偏振片9、一个孔径大小可调节的孔径光阑6以及成像测量装置3，由激光光源2-1或者被测激光仪发出的光线经入射光路投射至投影屏5上形成光斑，光斑图像进一步经过偏振片9和孔径光阑6后被成像测量装置3接收并测量；当光源模块2中的非相干光源2-2切入光路中时，将偏振片9从光路中切出；需要指出的是，前面所述的投影屏可为标准漫反射屏5-1，也可为被测屏5-2；且本装置中的激光光源2-1、非相干光源2-2、标准漫反射屏5-1、偏振片9以及成像测量装置3均可以由机械控制装置进行切换和移动实现位置调整；同时机械控制装置也控制孔径光阑6的孔径大小调节；本装置中的激光光源2-1为单模、线偏振的He-Ne激光器，非相干光源2-2为白光LED，且孔径光阑6的孔径大小可在3-4mm内连续调节；所述的支撑装置4为支架；成像测量装置3为成像亮度计。
本装置可以实现散斑对比对的校准、以及激光投影仪以及投影屏幕的散斑特性测量，以下分别就三种功能的实现过程进行详细介绍。
校准过程为：首先点亮激光光源2-1，其发射光透射至标准漫反射屏5-1表面形成散斑图像，标准漫反射屏5-1表面形成的散斑图像进一步通过偏振片9和孔径光阑6后进而成像至成像测量装置3的探测面上进行测量，在此过程中可以通过旋转偏振片9的方向与激光光源2-1的偏振方向一致，并通过调节孔径光阑6的大小获得最大的散斑对比度，且要求获得的散斑对比度大于0.97；进一步地，关掉激光光源2-1，点亮非相干光源2-2，并将偏振片9从光路中切出，非相干光源2-2发出的非相干光投射至标准漫反射屏2-1表面形成光斑图像最终由成像测量装置3获得并测量得到最小的散斑对比度，且要求获得的散斑对比度小于0.02。
待测屏的散斑对比度测量：将标准漫反射屏5-1从光路中切出，并在采样口1-2位置处设置被测投影屏5-2(如图2)，将激光光源2-1切入光路并点亮，激光光源2-1的发射光束投射至被测屏5-2处形成光斑，进而光斑图像通过孔径光阑6后由成像测量装置3测量得到。
激光投影仪的散斑对比度测量过程：将光源模块2从入射光路中切出(图2)，此时，将待测激光投影仪放置在箱体1的入光口1-1附近，并在待测激光投影仪和入光口1-1之间设置滤光片10用来去除目标谱段以外的杂散光，测量中待测激光投影仪的入射光通过入光口1-1进入箱体1内部，并以指定方向投射至标准漫反射屏5-1表面形成光斑，进而散斑图像通过孔径光阑6后由成像测量装置3测量并分析得到散斑对比度。
实施例2
如图5所示，本实施例公开了一种激光散斑测量装置，与实施例1的唯一不同之处在于，本装置中箱体1上仅设有一个入光口1-1，并没有设置采样口1-2；其余设置与实施例1保持一致；本装置可以实现散斑对比度的自校准以及激光投影装置的散斑测量，不适用于投影屏的散斑特性测量；散斑对比度的校准方法以及激光投影装置的散斑测量方法与实施例1保持一致。
实施例3
如图6所示，本实施例公开了一种激光散斑测量装置，与实施例1的不同之处在于，本装置中箱体1上仅设有一个采样口1-2，并没有设置入光口1-1；且在光源模块2和投影屏5之间依次设有扩束镜8和准直镜7，其余设置与实施例1保持一致；本装置在测试时，光源模块2或者被测的激光投影仪发出的光线首先经过扩束镜8扩束，进而经准直镜7变为准直光线以后投射在投影屏5表面；
本装置可以实现散斑对比度的校准以及投影屏的散斑特性测量，不适用于激光投影装置的散斑测量；散斑对比度的校准方法以及投影屏的散斑特性测量方法与实施例1类似。
实施例4
如图7、8、9所示，本实施例公开了一种激光散斑测量装置，与实施例1不同的是，本装置中箱体1内部并没有将标准漫反射屏5-1集成进来；其余与实施例1设置一致；本装置在校准过程和激光投影仪的散斑测量时，仅需将标准漫反射屏5-1放置在采样口1-2处即可；而在投影屏的散斑特性测量时仅需将被测屏放置在采样口1-2处即可，具体的校准过程和测量过程与实施例1保持一致。
实施例5
如图10所述，本实施例公开了一种激光散斑测量装置，与实施例1的不同之处在于，本装置的孔径光阑6由两个孔径大小不同的光阑6-1和光阑6-2构成，其中光阑6-1的孔径大小为3mm,光阑6-2的孔径大小为4mm，且根据实际测量需要，可以将选择光阑6-1或光阑6-2切入光路中；其余与实施例1相同。
实施例6
如图11所示，本实施例公开了一种激光测量装置，本装置包括箱体1，且在箱体1内设置由光源模块2和成像测量装置3组成的光学系统，所述的光源模块2由激光光源2-1和非相干光源2-2组成，并通过光源支撑装置4-1支架安装在箱体1内，空间上呈紧邻设置；且激光光源2-1为单模线偏振氦氖激光器，非相干光源2-2为LED光源；所述成像测量装置3前面设有可调孔径光阑6，且所述成像测量装置3为成像亮度计；所述的光源模块2发射光束至投影屏5(标准漫反射屏5-1或者被测屏5-2)上形成光斑；光斑经过孔径光阑6后由成像测量装置3接收测量；在实际测试时，本装置的箱体1成打开状态，并将设有光源模块2和成像测量装置3组的光学系统自动托出置顶，在实际测试中则可以通过机械控制装置合理的调整光源以及成像亮度计的位置、角度、距离；具体的测试过程与实施例1类似。