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从电脑灯具光学系统的结构谈光度参数和光斑效果的要求 王竹生电脑灯具的光度参数和光斑效果是衡量产品光学系统的设计是否合理的重要体现，也是今后作为产品验收和评价的重要内容之一。目前国内有些制造厂家产品彩图和说明书提供的数据，仅是一个“射距、光斑直径与照度关系图”，不能代表和全面地反映灯具真实的光度数据。有些制造厂家不惜缩短灯泡的寿命，通过修改电器的参数来提高光源的亮度，认为只要产品的照度高，就符合光学质量了。殊不知电脑灯具的光学质量，还应该包括均匀度、有效光通量、灯具效率、灯具光效，特别是光斑效果等综合性的要求。1.光学系统的类型电脑灯具的光学系统采用的聚焦模式有3种：即球面反光镜聚焦模式、椭球面反焦镜聚光模式和抛物线反光镜聚焦模式：球面反光镜聚焦模式的特点：采用球面反光镜与镀增透膜石英非球面镜结合而形成的聚光模式（见图1），且光源和非球面镜靠近的设置，既消除或减少了球差，又扩大对光源的包容角，提高投影成像的清晰度和均匀度，获得高效的聚光效果。球面反光镜聚焦模式的光斑照度虽然没有椭球面反光镜聚焦模式的光斑照度高，但光色柔和，均匀度、饱和度、清晰度较好，是适用于硬光斑有图案造型的理想灯具。图1 球面反光镜聚焦模式图椭球面反光镜聚焦模式的特点：采用椭球面反光镜与光学镜头或菲涅耳透镜构成的聚焦模式（见图2），可使光源的光线对弧面的入射角变小，减少了反射光能的损失，提高了光通量的利用率，产生亮丽光束聚光效果。椭球面反光镜聚焦模式的光斑：其均匀度没有球面反光镜聚焦模式的光斑好，但光通量的利用率高，投射距离远、光斑的中心照度高。 图2 椭球面反光镜聚焦模式图抛物线反光镜聚焦模式的特点：采用抛物线反光镜与柔光镜片组成的聚焦模式（见图3），可使光源的光线积聚成平行的光线，形成柔和的平行光束（或光柱）聚光效果。抛物线反光镜聚焦模式的光斑：均匀、柔和，是用于场景、建筑面铺光和空间光束（柱）效果的理想灯具。图3 抛物线反光镜聚焦模式图因此，电脑灯具的光学系统如采用不同的聚焦模式，就会产生不同的光斑效果。2. 光度参数光度参数，是灯光师进行场景布光设计时的重要依据，也是制造厂家必须提供的数据。光度参数应包括照度、光斑角（光束角）、有效光通量、平均照度值、照度均匀度、灯具效率、灯具光效、光斑射距系数、等照度曲线图 、光强分布曲线图 、照度分布曲线图、射距、光斑直径与照度关系图等内容。2.1 照度照度高的产品，不代表产品的光效、照度均匀度及光斑效果就好。有些灯具在亮度上不错，但均匀度、色度很差、暗斑和色斑现象严重。由于电脑灯具为了方便灯光师或使用者在使用灯具时，根据需要能调出理想的光效，一般都设计了灯泡的微调结构。微调结构是调整灯泡的位置，确保灯泡处于光源系统的反光镜焦点中心，也是调整光斑的照度达到柔和、均匀的效果。因此生产厂家应注意：微调结构的灯泡微调量一般不宜超过2mm,调节螺杆应有自锁限位，以防止由于调节而产生脱落、松动、超出光效调节范围和不安全现象。值得提出的是；灯泡微调结构的设计，一定要确保使用者对灯具进行更换灯泡时，能准确地定位在处于光源系统的反光镜焦点(f1) 的中心位置。对于灯具的照度测试，我们既要考虑到测试环境、电压、测量仪表、光源点燃的时间及灯具的投射光轴与被照射平面垂直等条件因素；还要考虑到如何通过灯泡的微调结构，将光斑达到理想的效果。因为电脑灯具的微调结构，是既可以将光斑的中心点亮度调高，也可以将光斑的中心点亮度调低。因此，制造厂家在测试灯具的照度时，应将灯泡调整到处于光源系统的反光镜焦点的中心位置，使光斑达到均匀理想的效果。测试照度的方法有两种：即放射状基准线等照度测试法（见图4）和栅格测试法（见图5）。图4 放射状基准线等照度测试法图5 栅格测试法 2.2 照度均匀度 灯具照度均匀度的要求，是舞台灯光设计师特别重视的项目，也是今后灯光行业对制造厂家的产品进行光学质量参数的验收和评价的重要内容之一。所谓照度均匀度，是有效光斑内的平均照度与最高照度值的比值，中心照度与均匀度成反比。电脑灯具光学系统如采用的是椭球面反光镜聚焦模式，最高照度往往都是在光斑的中心，即光斑中心的90%范围内。如中心照度超出此范围，就说明光学系统的光源不在反光镜焦点(f1) 的中心位置或系统的光轴不在一轴线上。照度均匀度的均匀性，是直接影响到光斑的色度和效果。均匀度差的灯具，光斑就会出现暗斑和色斑，就像一张白纸，有许多污点一样不够洁白。会直接影响到舞台灯光设计师对场景、人物和渲染剧情气氛等用光色进行创作的效果。因此，我们对于硬光斑灯具均匀度的要求应大于75%；而柔（软）光斑的灯具均匀度应大于40%。采用等照度曲线图的方法，就能直观地从曲线图上反映出灯具光斑照度的均匀性（见图6）。提高产品的均匀度，是生产厂家必须重视的项目。因为今后生产厂家提供的数据必须有光斑等照度曲线图。图6 等照度曲线示意图2.3灯具效率 灯具效率就是光斑的有效光通量与所用光源总光通量的比值，即光的利用率。灯具光效利用率的高低是直接检验产品光学系统的设计是否合理的重要体现。由于现代的电脑灯具均往多功能发展，光学系统中设置了如固定图案盘、旋转图案盘、旋转棱镜、色片盘、色温校正盘、渐进线性CYM色片、光学透镜、玻璃图案效果盘、线性调焦镜等到多种效果盘，能否达到整个光学系统的中心光轴同一轴线，是直接影响到灯具光利用率的关键所在；影响的灯具的光效损失和投影清晰程度的另一个原因，就是对光束起限制作用的各个效果盘的孔径、特别设置的带孔屏障和透镜的边缘，即光阑。由于起着对限制光束孔径和视场的作用，是直接影响到灯具投影光斑中的像差、像的亮暗、景深和分辨率。因此，我们在设计光阑孔径的大小和光阑在光学系统中的焦点距离位置时，既要考虑它在进入光学系统中光通量的多少、像差的大小以及满足像在空间的深度（景深）等作用；也要考虑能对限制成像范围特别起作用的最佳空间视场角等因素，形成投影光斑的理想效果。同时要确保零部件的制造精度和装配基准的设计合理，使所有效果盘的光通孔径、反光镜、发光点和光学透镜尽可能地靠近光轴，形成同心光束的理想效果（见图7），达到提高灯具的有效光通亮即光的利用率。图7 目前由中国演艺技术协会演出场馆设备专业委员会负责起草的舞台灯具光度测试与标注文化行业标准，已经通过了文化部的审定。舞台灯具光度测试与标注的文化行业标准将为灯光行业的生产厂家和使用者，对舞台灯具的光度测试和评价提供了科学、实用、全面、具体的测试方法与标注。因此，今后生产厂家提供的产品光度数据，应包括照度、光斑角（光束角）、有效光通量、平均照度值、照度均匀度、灯具效率、灯具光效、光斑射距系数、等照度曲线图 、光强分布曲线图 、照度分布曲线图、射距、光斑直径与照度关系图等内容。3. 光斑效果全面衡量电脑灯具的光学质量，应该是两个方面；即光度参数与光斑效果。一个是通过数据来量化，一个是通过视觉来感观。由于光斑效果的有些项目是无法进行数据量化，行业也没有对此进行规范的统一。因此，造成了生产厂家往往忽略对此项目的检验，殊不知光斑效果同样也是舞台灯光设计师进行创作思维重要依据的内容。为此，我们根据舞台灯光行业的特性，就电脑灯具的功能结构和光斑效果应达到的要求，作一些介绍，仅供使用者和生产厂家参考：3.1. 图案效果有图案效果的电脑灯具，内部配置了如固定图案盘、旋转图案盘、玻璃图案盘和金属图案盘等，其光束角度一般可以从几度或十几度变焦到三十几度，最大达可到60度左右，而且都具有线性调焦和变焦的功能。因此，对于此类型的灯具，要求每一个图案在任何线性角度的范围内，都应清晰、图像完整，无虚光、模糊现象。之所以提出每一个图案在任何线性角度的范围内都应清晰的要求。是因为灯具的图案盘往往靠近光源，在受到光束的高温照射后，如金属图案片，其厚度一般在0.2左右，容易变形，会产生每一个图案的清晰度不一致和模糊的现象。3.2 颜色和CYM效果 现代的电脑灯具，一般都具有换色、混色和彩虹（颜色流动）等颜色效果，CYM三元色混色系统的设置，给灯具提供了丰富多彩的颜色数据库。电脑灯具目前经常采用CYM三元色混色系统的结构形式有4种：即圆盘式、直入式、线性式和圆筒式（见图8）。圆盘式直入式线性式圆筒式图8 CYM三元色混色系统的结构形式圆盘式和直入式的CYM三元色混色系统的结构比较简单，是直接安装在部进电机上，进行混色效果；而线性式和园筒式的CYM三元色混色系统的结构比较复杂，则通过传动机构，进行混色效果。无论采用何种形式的CYM三元色混色系统的结构，对于电脑灯具出射的光斑颜色，均应达到柔和、均匀、鲜艳、无明显的阴影、色斑等现象。确保其色调、明度和饱和度的一致性，因此，生