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标准灯箱对色灯管的研究

发布日期:2016/5/3 15:07:26

现代生活中,人们已开始注重舒适的光照环境,不仅要求有合适的照度,更希望有逼真的光色再现性。实际上,许多领域都需要高显色的照明,如医院诊室,观察病人脸色,推判病情;以及艺术绘画工作室、工艺美术馆、博物馆、纺织印染等。近年来,手机增设了摄像功能,已经成为标准化配置。为了在生产过程中检验测量摄像镜头的色再现性,在观视灯箱中必须配有高显色性的节能荧光灯,其平均显色指数(Ra)大于90。
高显色照明可以选用白炽灯和卤素灯,其色温为2 800~3 100K,显色指数95~100,发光效率为10~20lm/W,工作寿命1 000h。常规三基色节能荧光灯的色温为2 800~6 500K,显色指数78~85,发光效率为60~100lm/W,工作寿命5 000~10 000h。前者为点光源,后者为面光源。灯箱需要较大的观视的工作面,而且亮度均匀性要求很高,Ra>90,所以,应选择高显色全光谱的节能荧光灯。本文讨论研究标准灯箱内使用的专用高显色荧光灯——对色灯管。

一、DNP标准灯箱及对色灯管的技术参数
以国际知名的两大智能手机品牌Apple和Samsung为例,镜头模组在检验标定时,要求使用标准日光测定照相镜头的色再现性,测试设备为日本DNP公司(Dai Nippon Printing Co.,Ltd)生产的CCV-51F型灯箱。表1列出了DNP灯箱规格、内置专用荧光灯和观视面亮度的特征参数。色温为3 100K的灯管主要用于RGB电视摄像机,不在本文的讨论范围。根据ISO3664-2000《图形技术和摄影术—观察条件》标准,灯箱中要求对色灯管是标准日光色:Tc=5 000K;Ra>90;观视面亮度>1 270cd/m2;均匀度>75%;背景环境为中性灰色。
其外形尺寸为375mm×365mm×165mm。箱内使用型号为FL10D-EDL-56K的专用高显色荧光灯管10W×4支,由20kHz高频电子镇流器点灯工作,总功耗80W。为了达到高效均匀的漫散射照明效果,箱内配有反射板、扩散板、毛玻璃板以及色卡测试膜等。最后,灯箱观视面的色温为5 100K±300K,亮度大于1 400cd/m2,平均显色指数大于90。
为了分析查清FL10D-EDL-56K对色灯管的基本特性参数,使用光谱分析系统对荧光灯管进行了测试#1 。得到结果如下:相关色温Tc=5 453K,平均显色指数Ra=94,特殊显色指数R9(红色)=62,R10(黄色)=85,R11(绿色)=88,R12(蓝色)=89,R13(白种人平均肤色)=96,R14(树叶绿色)=93。以上数据表明,该光源基本符合国际标准日光的要求。测得的荧光灯管辐射光谱的能量分布见图2。

二、标准日光和国产对色灯管的参数要求
世间万物,无论是光彩夺目,还是黯然失色,都是以太阳光作为标准来认定的。因此,在人类漫长的进化过程中,随着对太阳光线物理特性的适应,形成了人的视觉器官的特殊结构,以适应光线强度的变化。太阳光是连续光谱,其Ra=100,色温在1天中是变化的,在日出和日落前后,色温较低,约2 000~4 000K;在中午和晴朗天空,色温可以达到6 000~8 000K。研究结果已经表明:照明的舒适度与色温和照度水平有一定关系。如图3所示。
在低照度下,舒适的光色是接近黎明和黄昏的低色温的光色;在高照度下,舒适的光色是中午阳光和高色温天空的光色。1983年,国际摄影组织对摄影日光作出规定。标准日光指:太阳光在无云的大气中,在水平线上方呈40°角照射时,色温为5 500K的阳光。实际上,人的眼睛是最高等级的摄影镜头,标准日光下要求的舒适照度在500lx以上。可以参照的是:在我国大部分地区秋季晴朗的天空,上午8~10点和下午3~5点的自然光。自然光是观察物体颜色的最为理想的光源,但是受时间和环境的限制,在多数情况下,人们只能依靠人造光源来观察颜色。为了规范摄影,印刷,印染等行业标准,国际标准化组织(ISO)颁布3664-2000;这是先进国家采用的颜色标准光源。
顺便指出,一些先进国家和地区的大学教室照明的推荐照度标准为500lx,通常可以使用高频电子镇流器的T8型32W三基色节能荧光灯,Tc=5 000K,Ra=80。
东南大学的教室照明心理学测定的实验报告[3]中指出:对年龄组18~25岁在校大学生和研究生进行视觉辨认测试,教室中分别使用6 400K、5 000K、4 000K 3种不同的光源,照度为500lx,结果表明:5 000K光色温照明条件下的分辨率明显优于6 500K和4 000K。图4表示在不同色温光源照明环境下连续观察到的视觉效果。
因此,我们认为要满足DNP标准灯箱使用的对色灯管,必须选用高显色的节能荧光灯管,最重要的灯管参数是Ra>90,Tc=5 300K±200K,并有较高的发光效率。光束经历反射、漫射、透射等后,在观视工作面上可得的光色温为5 100K±300K,Ra>90,面亮度>1400cd/m2 。
应某电子集团的委托,我们使用国产材料制作了1批高显色的对色灯管。测试结果如下:相关色温Tc=5 429K,平均显色指数Ra=91,特殊显色指数R9(红色)=55,R10(黄色)=91,R11(绿色)=96 ,R12(蓝色)=96,R13(白种人平均肤色)=86,R14(树叶绿色)=84。荧光灯管辐射光谱的能量分布如图5所示。
该批次高显色的对色灯管装入DNP标准灯箱内,在富士康工厂的生产线上使用,经美能达手持式分光光度仪测试,Ra=91,Tc=5 160K,面亮度也满足要求,确认合格。
同样表明,裸灯管在积分球内测试得到的光色参数是光源的本身数据,点燃的荧光灯管在DNP灯箱内,辐射光经过反射、散射及透射玻璃板和色卡测试膜等后,从输出窗口观视面上测得的光色参数,发现显色指数Ra值基本不变,而光的色温产生了一定的差异。当然灯管和观视面光色参数测试的设备不同,它们之间也存在着误差。

三、结束语
DNP标准灯箱是数码摄影产品生产中的专用设备,其核心部件是用于色品质比对的高显色荧光灯管,它由DNP公司委托专业工厂生产,在观视工作面上的色温有Tc=5 100K±300K或3 100K±300K两种规格,显色指数Ra为90~95。研究表明:此光源可作为标准日光用于镜头模组检验标定,具有最佳分辨率和色再现性。成功研制的标准灯箱用对色光源——高显色荧光灯的参数表明,其已基本达到了国际标准的要求。但仍需要进行深入细致的工作,批量生产出高附加值的产品,满足国际市场的需要。


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