照明测量应用.docx
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照明测量应用.docx
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照明测量应用
照明测量应用
本部分中,我们为希望了解更多知识或确认自己的理解是否正确的读者解释一些与光相关的术语。
显色性
学习显色性的概念,了解显色指数和样品在不同光源下所呈现颜色的关系。
色温
学习颜色和温度的关系,了解与摄影色度计所测色温之间的差别。
光强分布
从生活实例中学习光强分布的概念,并了解其测量方法。
全光通量
学习全光通量的概念及其测量方法。
显色性
很久以前,人类就已经开始对颜色进行比较,通常都是把物体放在一起,然后在自然光(太阳光)下观察。
虽然火把、蜡烛、白炽灯和其他光源都可以用作照明,对颜色进行比较的标准操作却都是在自然光(太阳光)下进行。
近几年来,荧光灯和LED(发光二极管)也开始用作照明光源。
"显色性"就是比较物体在这些新型光源下的颜色与自然光下的颜色有何不用,以及二者之间的匹配度如何。
我们称与自然光(太阳光)色调相近的光源具有好(高)的显色性。
现在,电器商店会出售许多类型的光源,例如白炽灯、荧光灯和LED等。
此外,荧光灯和LED都出现了"白"和"暖白"等系列产品。
这里,我们分别用高显色性的D50荧光灯、带有"自然白"标志的荧光灯和LED三个光源照明物体。
在人眼看来,它们都发白光,但自然白荧光灯的色温要稍高一些,看起来略微发蓝。
柯尼卡美能达的分光辐射亮度计CS-2000上增加了一个亮度适配器,对三个光源进行了测量。
如果在右边的xy色品图上比较测量点,你会发现它们影调很相似,且都在可见光范围内。
D50荧光灯
自然白荧灯
LED
x
0.3407
0.3372
0.3465
y
0.3518
0.3496
0.3662
相关色温
5173
5308
5004
D50荧光灯、自然白荧光灯和LED的光谱分布相对强度
接下来,我们用这三个光源照明生肉,并观察肉的显色状况。
在D50荧光灯照明下,肉和盘子看起来跟实际情况差不多,但在自然白荧光灯照明下,由于色温略高,肉和盘子看起来稍显苍白。
用LED照明时,一切都显得更加昏暗。
三个光源在样品表面的照度都调节为大约1600lux。
当用不同光源照明样品时,样品颜色看起来会有所不同。
光源性能差异可以用"显色指数"描述。
这个指数显示了在特定辐射光源照明下,15个测试颜色的视觉显示情况。
当把一个光源与规定的参考光源进行比较时,指数值为100是最好的。
由于显色指数较低,此次使用的LED使肉和盘子看起来比较昏暗,但如果用高显色指数的LED照明,肉和盘子看起来会新鲜一些。
根据专为亮度测量而改进的分光辐射亮度计CS-2000测得的光谱分布,我们得到了如下显色指数。
利用CS-2000的数据管理软件CS-10w很容易进行计算。
Ra
R1
R2
R3
R4
R5
R6
R7
D50荧光灯
91
94
91
86
90
93
89
90
自然白荧光灯
79
89
89
54
82
81
72
86
LED
68
65
74
79
68
65
62
81
R8
R9
R10
R11
R12
R13
R14
R15
D50荧光灯
90
77
78
93
81
93
92
91
自然白荧光灯
76
16
40
63
55
92
70
92
LED
54
-39
36
61
31
66
88
59
Ra表示"平均显色指数"。
它是指数R1~R8的平均值,也是显色指数的典型值。
R9~R15称为"特殊显色指数",尤其是R9(深色鲜红)和R15(亚州人的肤色)。
R9是评价红色复现质量的指标,而三种类型光源的R9值相差很大,这也就从一个角度解释了为什么三种光源照明下的生肉颜色会有这么大差别。
色温
色温的概念是起源于物体被加热至不同温度时,它会表现出相对应的不同颜色,这样,颜色和温度之间就有了一种联系。
当温度升高时,物体的辐射会改变,导致了颜色的变化。
正如你知道的,夜空中闪烁的星星(恒星)的颜色很淡。
你也知道略显蓝色的星星其表面温度要高于略显红色的星星。
据说铁匠都是通过热铁的颜色判断其温度的。
这就给你一个想法,颜色和温度之间应该存在着某种关系。
理想辐射体(黑体)吸收所有外部电磁辐射,并重新辐射出去。
黑体温度上升时,其颜色变化顺序依次为红→黄→白→蓝白。
如果将温度引起的颜色变化表示在如下的xy色品图上,那它看起来就像图中部下方的黑色曲线一样。
这条线叫做"黑体轨迹",曲线上的色温叫做"绝对色温"。
但并不是现有光源都在这条黑体轨迹上。
实际上,大部分只有一个色品点的光源都稍稍偏离于黑体轨迹。
此时,色温可以利用跨越黑体轨迹的等温线得到。
色温于是也称为"相关色温"。
色温和相关色温通常作为表示一定范围内的白色(红白,黄白,白和蓝白)的指标,可用我们的色彩照度计CL-200/CL-200A(用于照度和色品测量)、色彩亮度计CS-200(用于亮度和色品测量)、分光辐射亮度计CS-2000/2000A和二维色彩分析仪CA-2000进行测量。
与摄影色度计所测色温的差别
摄影色度计有别于上述工业级测量仪器。
虽然宣称可以测量色温,但摄影色度计的主要用途是为拍照设定合适的滤值,这种色度计测得的色温叫做"摄影色温"。
虽然之前所述工业用仪器的传感器意在与人眼的灵敏度匹配,摄影色度计的传感器却与彩色照相底片的灵敏度十分相近。
下面左边的图1给出了人眼的灵敏度,右边的图2给出了彩色照相底片的灵敏度。
你会发现它们全然不同。
因此,例如用色彩照度计和摄影色度计测量相同光源的色温,得到的结果肯定也完全不同。
当单纯为测量色温而不是进行拍照时,就需要使用工业测量仪器。
下图作为参考,给出了白光LED、彩色LED及荧光灯(暖白、自然白和日光白)相关色温与色温的比较结果,其中相关色温用分光辐射亮度计CS-2000和亮度适配器测得,色温用摄影色度计测得。
横轴是分光辐射亮度计测得的相关色温,竖轴是分光辐射亮度计和摄影色度计测量值之间的差别。
你会发现对于一些光源,两个测量值相差很大。
用分光辐射亮度计测得的相关色温理论上更接近真实值。
但是应该注意这只是一种情况;当使用另外一个摄影色度计,甚至用另外一个相同型号的摄影色度计测量同一样品时,也不能保证结果完全一致。
相关标准:
JISZ8725标准,用于确定光源的分布温度以及色温或相关色温。
光强分布
所有光源都发光,但在哪个方向(角度)上传播以及强度如何则统称为"光强分布"。
光强分布特性用于确定何种光源适合用于高方向性光或扩散光。
对照明器材及其类似物、光源、阴影、背景偏转板等的测量和评价都相差不远·。
"光强分布"定义见JISZ8113"照明词汇"。
原文为"主光源、次光源(包括光学材料的透射和反射等)和照明器材发光度的角度变化或分布"。
举例说明,下面左边图1给出了子弹型LED的光强分布测量结果,右边图2为表面贴装LED的测量结果。
对于荧光灯具,光强分布实际上包含了部件而不是灯泡的影响。
以下提到的国际通用方法是一种对光强分布进行分类的常用方法。
它定义光强分布为光源出射的上行移动通量与下行移动通量之比。
这样就解决了灯具的结构问题,而且简明地解释了照明设计中的一个重要因素——利用率。
如何测量光强分布
光强分布的测量方法基本上可分为两种。
一种是把传感器放在距样品一定距离的地方,然后测量光强分布。
这时,在样品周围同心分布的若干点进行测量即可得到结果。
另外一种方法是在距样品不同的距离处测量,测量装置由一个CCD传感器和一个具有类似鱼眼镜头的超广角棱镜的光学系统组成。
移动传感器
固定传感器
示意图
优点
・俯仰角和传感器距离可自由调节
・较固定传感器结构造价要低
・测量时间短
不足
・测量时间长
・较移动传感器结构造价要高
・受样品形状和尺寸限制
光强分布测量设备
资料来源:
日本照明工程学会照明基础课程课本
柯尼卡美能达生产一种含有移动传感器的光强分布测量设备,可满足用户的特定需求。
还可使用三种类型的传感器:
分光辐射亮度计传感器、色度计传感器和亮度传感器。
全光通量
光通量用来评价基于人眼光谱光视效率功能和最大光视效能的辐射通量。
全通量是光源在所有方向上的辐射光通量之和。
它是对照明器材亮度的一种度量。
单位是lm(流明)。
术语"发光度"和"亮度"经常用于评价光的质量。
这两个术语都包含方向性的意思。
全光通量则不包含方向性。
ΦV=Km・∫Φe(λ)V(λ)dλ
ΦV:
光通量
Km:
最大发光效率
φe(λ):
辐射通量
V(λ):
光谱光视效率
<示例>
太阳光:
约3.6×1028lm
37W荧光灯(发白光):
约3,100lm
95W白色白炽灯:
约1,520lm
全光通量在设计照明器材时用于计算。
另外,最近在生态学上也开始使用"灯泡的发光效率"这一概念,计算方法为光通量除以电功率(功率消耗)。
如何测量全通量
测量全通量有两种方法:
用积分球或光强分布测量。
积分球方法是将样品光源放在积分球内(积分球中空,内壁是高散射的白色),然后用传感器接收光。
这种情况下,传感器必须就参考光源进行校准。
对于光强分布测量方法,传感器在样品周围固定距离的同心位置上移动,进而测得光强分布。
方法
积分球
光强分布测量
示意图
优点
・测量可在短时间内完成
・结构简单
・光强分布特性也很容易理解
不足
・传感器必须就参考光源进行校准
・由于形状上与参考光源不同而引起的自吸收必须在测量中进行补偿
・测量时间长
・不适用于在所有方向都辐射发光的样品
全通量测量设备
柯尼卡美能达可定制生产积分球和光强分布测量系统以满足客户需求。
(联系柯尼卡美能达获得更多信息。
)对于积分球测量方法,我们可提供直径为6~40英寸的积分球。
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- 照明 测量 应用