[发明专利]保持荧光灯恒定色温的方法与装置

说明书

本发明是基于2008年9月9日提出的序列号为61/095,595的美国临时申请并要求其优先权而提出的专利申请。

技术领域

带有调光控制的荧光照明系统。

背景技术

荧光照明在过去20年里作为电影制作和其他色彩关键成像应用的光源而声名鹊起。低能耗、低散热、轻质夹具设计、无噪音镇流器、高显色灯管等众多优点已经使这种技术获得了全行业的认可。

稳定调光技术的新近引入在成像行业已经给照明专业人员带来了意料之外的难题。随着荧光灯的调暗，灯的色温会发生改变，该色温的改变与白炽灯的调暗差异很大。在CIE颜色空间中对两种光源的颜色追踪点进行比较时，最容易看出或理解这种差异。CIE(1931)颜色空间具有一黑体色温曲线或称普朗克轨迹，所述曲线定义了像灯丝这种黑体辐射源从完全黑暗直至达到其最终亮度或工作电压的整个过程的色温，在摄影期间，胶片会看到灯管从非常偏向橙色的光变化到对应最亮调光开关设置值的白光。而荧光灯则不遵循普朗克曲线，随着荧光灯调暗，它会偏离曲线，并落到曲线下方，这是CIE颜色空间中定义光谱中的红色成分的区域。调弱荧光灯时光谱中的唯一偏移是在绿/红范围内。由于相关色温是一种数学计算，其色温由温度的下降来表示，而实际上，与白炽灯不同，其色温仅仅是沿纵轴偏移至普朗克曲线的下方。

白炽灯的色温偏移大于荧光灯，举例来说，在摄影期间，白炽灯的四级光圈调暗范围会导致色温从3200K变为2164K；下降了1036开尔文，但不会在绿/红光谱中发生偏移。而在荧光灯中，同样的调暗范围将造成色温从3200K到2735K的变化，下降了465开尔文，但是绿色光谱会出现明显的下降。

绿色光谱中的这类光谱偏移会造成数码相机或摄影技术显色不正确。这一点在肤色上表现得最为明显。举例来说，偏红色的光源会使白种人肤色看来不仅会像调暗的白炽灯那样偏于暖色，还会呈现不自然的红色。如果在后期制作中对肤色进行电子修正，则那些被未调暗的荧光灯照亮的背景图像将会呈现绿色，这种情况是不能接受的。

为了理解色偏，重要的是先了解荧光灯的照明机理。荧光灯是通过在管状光源的内壁涂敷各种磷的混合物所构成的。磷接触紫外线会被点亮，通过让等离子弧光束穿过管状灯中的汞蒸汽环境可以获得这种紫外线。等离子弧是灯管相对两端的阴极之间产生的电子束。如果只能看到弧光束，它会呈现蓝绿色，在光谱分布图上，电弧在550纳米附近的范围内具有一个非常高的能量尖峰。

荧光灯的显色在其达到最大光输出时被定义和校正为正确值，此时，荧光灯承受最大汞蒸汽压，这是电弧最偏向蓝绿的时刻，也是灯管最亮的时刻。

就像在白炽灯中那样，当荧光灯被调暗时，其光输出和开尔文温度会下降。与白炽灯不同的是，随着荧光灯管的冷却，灯管内的汞蒸汽压降低，导致绿色光谱以及整体色温的降低。绿色的这种下降使灯管看起来更偏红色。摄影师会使用摄影色度测定仪，如手持式色度测定仪或色度测定仪来测定色温的降低。测定仪会计算使光线恢复到符合调暗前的光谱状态所需增加的绿色滤镜的数量。

荧光灯长期以来都需要使用色彩校正凝胶来吸收导致胶片显色不精确的那部分光谱。直接将色彩校正凝胶或滤镜固定至灯具的缺点是光线将会带有凝胶/滤镜的着色。也就是说，与成像技术当前看到的实际的光线相比，肉眼会更多地注意到着色的凝胶。这将使得布景师或电影摄影师等艺术家难以对当前的色彩和色调范围在胶片上或通过数码方式重现出来的效果进行准确的评估和理解。

现有技术中(如美国专利号7,014,336)提出利用一系列代表可见光范围的LED灯，通过对个别LED灯进行减弱来模拟现有的可变光源及它们对应的频谱曲线。该项专利也给出了一个将多个LED灯装在管状光源中以模拟并代替荧光灯管使用的实施例。该专利还揭露了一种系统，用于对给定光源进行光谱监测，并随后使用代表可见光范围的LED灯阵列模拟出相匹配的光谱。然而，该专利对于如何改善可调光荧光灯的色彩性能，以使其色谱和色温在灯光调暗时保持不变，或者如何校正荧光灯的光线输出等方面没有给出任何启示。