閱讀燈照度計(jì)和成像亮度計(jì)測(cè)試方法的對(duì)比及分析

李寶輝， 常愛(ài)珍， 王魁棟， 程 愿

（上汽大眾汽車(chē)有限公司， 上海 201805）

汽車(chē)內(nèi)艙閱讀燈是指安裝在汽車(chē)內(nèi)部用于提供閱讀照明的燈， 通常情況下會(huì)安裝在駕駛座頂部和后座中間頂部或者兩側(cè)。 在保證駕駛安全的前提下， 汽車(chē)內(nèi)艙閱讀燈柔和的光色和均勻的照明能夠?yàn)橛脩?hù)提供舒適的閱讀環(huán)境，因此閱讀燈的光學(xué)設(shè)計(jì)和測(cè)試顯得尤為重要。 本文將介紹一種使用成像亮度計(jì)的測(cè)試方法， 并與傳統(tǒng)汽車(chē)行業(yè)閱讀燈的光學(xué)測(cè)試方法測(cè)得的結(jié)果進(jìn)行比較， 加以總結(jié)。

1 使用照度計(jì)的光學(xué)測(cè)試方法介紹及分析

目前汽車(chē)行業(yè)定義的閱讀燈的光學(xué)測(cè)試方法， 是使用照度計(jì)進(jìn)行測(cè)試， 一般是定義用戶(hù)假人和被照面 （閱讀物）的相對(duì)定位關(guān)系， 以及被照面的定型尺寸， 在被照面上預(yù)定的測(cè)試點(diǎn)上， 用照度計(jì)進(jìn)行測(cè)試， 測(cè)得色度和照度， 并應(yīng)滿足一定的要求， 如圖1所示。

圖1 閱讀燈的光學(xué)測(cè)試

以某車(chē)型的白光閱讀燈為例， 主要的測(cè)試評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)如下： ①中心測(cè)試點(diǎn)的照度要求為100±20Lux； ②φ400被照面圓 內(nèi)L＞40Lux； ③單 點(diǎn) 的 色 度 要 求 為 （ u＇， v＇ =0.206， 0.463）， delta u＇v＇＜0.01。

設(shè)計(jì)好測(cè)試工裝支架后， 安裝閱讀燈樣件， 施加10.5V的閱讀燈電壓， 使用照度計(jì) （方法1） 測(cè)得的數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 閱讀燈的測(cè)試數(shù)據(jù) （方法1）

2 使用成像亮度計(jì)的測(cè)試方法介紹及分析

仍以如上的閱讀燈為例， 將測(cè)試環(huán)境中引入標(biāo)準(zhǔn)反射白板和成像亮度計(jì) （方法2）， 其中標(biāo)準(zhǔn)反射白板應(yīng)具有良好的朗博特性。 將標(biāo)準(zhǔn)反射白板鋪設(shè)在測(cè)試面的位置， 保持原有的閱讀燈和測(cè)試面的相對(duì)位置關(guān)系， 在原有測(cè)試工裝支架之上， 布設(shè)成像亮度計(jì)， 新的測(cè)試布設(shè)如圖2所示。 在新的測(cè)試布設(shè)中， 閱讀燈照射在標(biāo)準(zhǔn)反射白板上， 白板用于接收反射光， 使用成像亮度計(jì)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)反射白板 （被照面） 進(jìn)行拍攝。

圖2 成像亮度計(jì)、 標(biāo)準(zhǔn)反射白板的布設(shè)

成像亮度計(jì)一般測(cè)得的是被測(cè)面的亮度 （單位： cd/m），需要將亮度轉(zhuǎn)換為照度 （單位： Lux） 以便于結(jié)合光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)判。 為了計(jì)算亮度和照度的轉(zhuǎn)換系數(shù)， 需要將方法1中定義的測(cè)試點(diǎn)轉(zhuǎn)移到測(cè)試方法2的標(biāo)準(zhǔn)反射白板上。 在成像亮度計(jì)測(cè)得白板的亮度分布圖后， 在亮度分布圖上分別對(duì)測(cè)試點(diǎn)0、 2、 4、 6、 8取得亮度值， 如圖3所示。 在同樣的測(cè)試點(diǎn)位上， 將成像亮度計(jì)測(cè)得的亮度和照度計(jì)測(cè)得的照度進(jìn)行匯總， 在每個(gè)測(cè)試點(diǎn)上都得到一個(gè)轉(zhuǎn)換系數(shù)， 將5個(gè)轉(zhuǎn)換系數(shù)求得均值作為全局轉(zhuǎn)換系數(shù)， 如表2所示。

圖3 亮度和照度的轉(zhuǎn)換

表2 亮度和照度的轉(zhuǎn)換

得到全局轉(zhuǎn)換系數(shù)后， 通過(guò)成像亮度計(jì)的軟件設(shè)置，將成像亮度計(jì)測(cè)得的亮度分布圖轉(zhuǎn)換成照度分布圖， 轉(zhuǎn)換后的照度分布圖是閱讀燈光照度的全局體現(xiàn)， 是照度直觀的可視化呈現(xiàn)方式， 如圖4所示。 通過(guò)如上的轉(zhuǎn)換， 在全局照度分布圖上， 不僅可以快速查看被照面的照度整體均勻性， 也可以取得任意關(guān)注點(diǎn)/線/面上的照度值。

圖4 全局照度圖

3 兩種測(cè)試方法測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比

3.1 亮度數(shù)據(jù)對(duì)比

為了方便比較方法2與方法1的結(jié)果， 在照度分布圖上取得方法1的其余測(cè)試點(diǎn)的照度值， 與方法1測(cè)得的照度值進(jìn)行比較， 如表3所示。 兩種方法測(cè)得的照度數(shù)值， 誤差在可接受的范圍內(nèi)。

表3 兩種方法的照度值比較

3.2 色度數(shù)據(jù)對(duì)比

閱讀燈的另外一個(gè)重要的評(píng)價(jià)參數(shù)是色度， 均勻的顏色表現(xiàn)對(duì)閱讀也至關(guān)重要。 全局照度圖中同時(shí)包含有色度數(shù)據(jù)， 同理取得如上測(cè)試點(diǎn)位上的色度值， 兩種方法比較匯總見(jiàn)表4。 為了方便兩種方法測(cè)得的色度數(shù)值比較， 將數(shù)據(jù)放在CIE 1976色彩空間內(nèi)， 如圖5所示， 誤差在可接受的范圍內(nèi)。

4 兩種測(cè)試方法分析

照度計(jì)光學(xué)測(cè)試方法， 優(yōu)點(diǎn)是測(cè)試環(huán)境的架設(shè)相對(duì)簡(jiǎn)單， 測(cè)試速度快， 但只能測(cè)得有限個(gè)點(diǎn)位上的光學(xué)參數(shù)，當(dāng)被照面的光亮、 色度分布不均勻時(shí)， 不能對(duì)閱讀燈的光學(xué)表現(xiàn)進(jìn)行全面地、 直觀地評(píng)判和分析， 且容易受到閱讀燈以外光線的影響而產(chǎn)生誤差。

成像亮度計(jì)在光學(xué)測(cè)試和分析中有著廣泛的應(yīng)用， 它能夠方便地對(duì)被測(cè)面進(jìn)行拍攝， 在光學(xué)參數(shù) （如亮度、 色度、 色溫等） 的分析和評(píng)判上有著直觀、 全面的特點(diǎn)。 盡管這種方法能夠更為直觀全面地評(píng)價(jià)照度和色度分布， 但引入額外的測(cè)試設(shè)備增加了光學(xué)驗(yàn)證環(huán)節(jié)的成本， 當(dāng)被照面非平面時(shí)， 測(cè)試布設(shè)也變得更為復(fù)雜， 因此需要結(jié)合實(shí)際的測(cè)試情況選擇相應(yīng)的測(cè)試方法。

表4 兩種方法的色度值比較

圖5 兩種方法的色度值誤差

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)兩種測(cè)試方法的數(shù)據(jù)對(duì)比， 并結(jié)合配光標(biāo)準(zhǔn)的公差范圍， 成像亮度計(jì)測(cè)得的照度和色度的誤差都在可接受的范圍， 可以作為閱讀燈光學(xué)測(cè)試方法的一種選擇。