米家显示器挂灯专业测评与「非对称配光」研究

2020-07-06 00:10:00 73点赞 72收藏 47评论

数码苦明基久已。

「屏幕挂灯」这一产品类型自明基 2017 年底推出 ScreenBar 以来逐渐被大众熟知。各路自媒体和 UP 主的产品评测总结来就一句话:产品是真香,价格是真贵。接近一千元的售价相信比很多人的显示器都贵得多。于是在评论区里总是有人呼唤「价格屠夫」小米,这不 6 月 3 号小米商城开启了众筹「米家显示器挂灯」,上线没几个小时就满额,淘宝咸鱼上价格已经炒至两百出头,还没现货,可见这个小众产品还是有很大市场需求的。

米家显示器挂灯专业测评与「非对称配光」研究

一、众筹故事

我对屏幕挂灯关注已久,6 月 3 号早上 10 点蹲点众筹下单,经过一个月的等待,昨天终于收到货了。

收到米家屏幕挂灯后,我发了个朋友圈问了问小伙伴们有没有明基的 ScreenBar,想借过来对比评测下,结果连「屏幕挂灯」都没几个人听说过。

屏幕挂灯不仅仅是屏幕上挂个灯,后者只能满足两个基本需求:

  • 照亮环境。降低暗光环境中电脑屏幕对人眼的刺激,也就是当做氛围灯。我晚上躺在床上玩手机,也会打开床头的小夜灯。

  • 照亮桌面。在显示器面前的桌面上工作和学习时,当做普通台灯

大部分人的工作生活都离不开电脑,很多时候一天的的活动范围也就是显示器和面前的一亩三分地。而有的地方照明环境不是很好,尤其是日光灯在你背后上方,就会将你的影子投射到桌面上。在宿舍这种集体生活环境下,晚上不能开灯,长时间在黑暗环境中看显示器会造成眼疲劳,键盘不带背光的话敲对字都麻烦。

最简单的解决方法就是放一个桌面台灯,比如下面这个几乎是数码爱好者人手必备的米家 LED 台灯。

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台灯占地方,而且将台灯放置在显示器前面的话,屏幕会反射台灯的光而且会照射人眼。于是采用「非对称光学设计」的屏幕挂灯这类产品出现了,最出名的就是明基的 ScreenBar,其产品介绍如下图所示,ScreenBar 发出的非对称光线既不会照到屏幕,也不会照到人眼。

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此外,节省空间、色温亮度调节、角度调节、遥控、护眼、高显色指数等功能也是屏幕挂灯这类产品的重要卖点。

我本身是光学专业的,实验室有一些的测试仪器设备,下面我将聊一聊什么是「屏幕挂灯」和听着玄乎的「非对称光学设计」,米家显示器挂灯的上手体验与测试以及你需不需要一台屏幕挂灯。

二、非对称光学设计

第一次听说 ScreenBar「非对称光学设计」的时候觉得非常高大上,但仔细想想,ScreenBar 非对称光线路径不就是普通圆形光线转个方向,再加个遮光罩限制下光源出射角度吗?米家显示器挂灯专业测评与「非对称配光」研究

米家显示器挂灯专业测评与「非对称配光」研究

明基没有进一步解释它的非对称光学设计,看评测里说是采用的反射式光学设计。根据小米显示器挂灯的详情介绍,其采用「定制光学透镜和精细蚀纹出光罩避免屏幕反光。」也就是透射式光学设计。

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这些产品宣传和各类评测文章中都没有说清楚啥是非对称光学设计,为了搞清楚啥是「非对称光线」,我查阅了一些文献和专利。

2.1 对称配光

LED 作为第四代光源,它具有绿色环保、节能等诸多优点,在照明领域具有广泛的应用前景。大部分LED 光源的辐射角分布为 110°至 120° 的郎伯分布(入射能量以入射点为中心,在整个半球空间内向四周各向同性的反射能量的现象),如果没有经过配光设计,会形成面积较大的圆形光斑,能量分散。在路灯照明领域,会有大量的光散落到道路之外而没有被利用起来,而且会对远处的车辆或行人产生眩光。——程敏. 具有非对称配光特性的LED路灯的光学设计[D]. 大连工业大学, 2012.

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为了达到更高效的利用光能及目标面的照度均匀分布等设计要求,通常使用透镜和反射镜使光源发出的光线通过折射、反射进行汇聚或发散,起到改变出光角度的大小从而改变照明面积和照度均匀性的作用。比如下图所示的一种对称蝙蝠翼的配光方式,是「对称配光方式」的一种。

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但对于开车的驾驶员来说,当行车前方路灯出光角度 θ 超过 45° 时就会感受到直接眩光,当采取对称配光方式时,如果要想减小直接眩光的影响就应该适当减小 θ,而 θ 减小时,s 会随之减小,虽然这样能减小直接眩光的影响,但整个道路上所需的路灯数量也随之增加,提高了建造和维护成本。

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2.2 非对称配光

为了解决在减小直接眩光的同时又不减小灯杆间距的矛盾,出现了「非对称配光」设计方案。

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该论文设计方案效果如上图所示,路灯经过配光后将光源发出的 73% 的能量分配到 70° 角度照射的范围内,在行车方向一侧的照明角度不超过 45°,避免光线射入驾驶员眼睛造成眩光。

单颗 LED 光源模组的非对称光学设计系统如下图所示,可以看出来采用的是反射式方案。

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在 2020 年 4 月公布一篇专利中,也提出了一种非对称透镜和灯具设计方法,如下图所示,通过设计特殊结构的透镜对 LED 光源同时进行折射和反射从而实现非对称的光线出射。——深圳市孔明科技有限公司.一种非对称透镜和灯具及其设计方法:CN201911261315.0[P].2020-04-03.

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我找到了明基 ScreenBar 的专利,不过重点是结构介绍,非对称光路原理只字未提。——CN201711011176.7_ 苏州佳世达电通有限公司 佳世达科技股份有限公司_2017-10-25

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我还找到了这次众筹的米家显示器挂灯的四件专利,是小米生态链企业青岛亿联客(Yeelight)于 19 年 6 月左右申请的,今年 2 月- 3 月已全部授权。核心专利中挂灯的原理如下图所示,出光罩和灯板之间的光学透镜起到均光和改变光线出射方向的作用,配合灯板倾斜设置使光线打在显示器的前下端的键盘区和阅读区,减少了打在显示器的光线,避免显示器过亮,从而减缓了电脑办公人员的视觉疲劳。——青岛亿联客信息技术有限公司.一种显示器挂灯:CN201920957966.2[P].2020-02-07.

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米家显示器挂灯采用的是透射式方案,从而避开明基的反射式专利,不过并没有指出核心的光学透镜是如何设计的。

三、米家显示器挂灯开箱

我收货还是蛮早的,本想着抢个众筹首发开箱,没想到吭哧吭哧拍完照排完版,站内已经一大堆晒单了。关于开箱晒单我就不过多地介绍了,说几个我觉得有意思的地方。

首先是外包装一改之前米家产品纯白的设计,深灰酷黑的配色有点传统机械键盘包装那种硬派风格。

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灯管于基座采用磁吸触点连接,基座很重,手持灯管轻轻晃动就能将基座甩掉,不方便手持照明使用。

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Type-C 充电接口朝上,要是接口能隐藏在基座后面的话正面看上去会更美观。

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我用的 DELL 显示器边框较窄,挂灯基座挂在屏幕上会遮挡一部分内容,变成了刘海屏。

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最后说说这个被吹爆的调节旋钮,类肤手感,旋转阻尼恰到好处,分量十足。采用 2.4G 无线通信,附赠两节五号双鹿电池(一直一个疑问:包括小夜灯和各类遥控器都是附赠的双鹿电池,咋不用小米自家的呢?)电池据说能续航两年。比左边这个音箱音量调节旋钮质感好太多。

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旋钮没有指示灯,也没有 LOGO 和其他文字说明,只有打开后盖的两个图标。你说说下图上的图标是顺时针打开后盖还是逆时针打开?我第一反应是顺时针锁住,逆时针打开,搞半天都打不开电池仓,网上搜了一下不少小伙伴也遇到了这个问题,要以上面小三角箭头指示为准,刚好相反。不过就算方向拧对了,要取下也得废般功夫,底座本身是转动的,电池盖上又没有凹槽,得用指甲抠下来。典型地为了设计美观丧失了部分实用性。

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四、使用体验与测试

我宿舍的位置靠门远窗,本身光照条件不是很好,我对光线有重度需求,前后在床底板上安装了三个吸顶灯,通过三开单控墙壁开关控制,后来又购入19.9 包邮的 OPPLE 酷毙灯,磁吸在书架上朝向墙壁,充当背景灯。

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其实我现在的设计以已经满足照明需求了,奈何 169 元的米家显示器挂灯价格还是太香了。

4.1 光路形状

在我看来,非对称光学设计就是光线的出射方向相对于参考线是非对称的,且光强也应该是非对称分布。具体到屏幕挂灯,需要光线能量集中于桌面阅读区域,而竖直方向靠近屏幕没有光线,远离屏幕方向光线夹角不能超过人眼避,从而避免屏幕反射光和灯源直射光进入人眼造成眩光。

在黑暗环境中将挂灯靠近墙面。直接拍摄光路形状,可以看出能量集中在斜 30°- 45°,水平方向光强很弱,不会直射人眼,不过竖直方向上并没有明显界线,挂灯背后区域仍然被照亮了。

米家显示器挂灯专业测评与「非对称配光」研究

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日常使用中,大部分情况下不会感知到光线照射到屏幕上的眩光,而当画面较暗时,显示器上的灰尘和污渍会被照的清清楚楚,导致我经常要擦屏幕。(顺便再吐槽一下,显示器一定得买雾面屏的,牺牲点屏幕亮度。千万别买镜面屏!屏幕画面较暗时跟个镜子似的,桌子上的物品反射的清清楚楚。)

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我没有借到明基和其他品牌的挂灯,借用下知乎齐大圣和微博王奔宏的几款挂灯产品的实拍照片,其中小米的实拍照片跟我类似。明基的光线分区明显,水平光线角度更低,不过竖直方向左侧后方依旧被照亮,实测中明基ScreenBar 也有类似照亮屏幕灰尘的问题。

米家显示器挂灯专业测评与「非对称配光」研究

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根据知乎姜兆宁(Yeelight CEO)的说法,明基截止线很明显,让用户非常直观的感受到非对称光,是非常聪明和讨巧的设计方法,而米家挂灯添加了柔光片是为了让键盘区域和桌面最亮,工作面照度过度柔和,拆了柔光罩也能拍出更加明显的截止线。他说从最强光线走向来看,两者都是非对称光。

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根据微博王奔宏晒出的明基和米家产品横截面,看上去采用透射式方案的米家挂灯更加复杂。

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4.2 光强

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我本身是光学专业的,刚好借用下实验室的仪器设备对米家显示器挂灯来做个体检,同时请上米家 LED 台灯和 OPPLE 酷毙灯做个对照。

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常见可调色温的 LED 灯都是由色温 3000K 的暖黄灯珠和 色温 5700K 的冷白灯珠组成的,通过调节两组灯珠的亮度占比来调节色温。

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明基 ScreenBar 的光通量是 300lm@2700k / 320lm@6500k,米家挂灯是 270lm@3900K,上面那个 Yeelight CEO 贴出的测试数据中,明基的照度离屏幕越远越小,而米家的照度是先大后小,而且在 25cm-30cm 范围内比明基的照度还高,不过宣传界面里面关于亮度却并未提及,而明基作为了主要卖点之一。

米家显示器挂灯专业测评与「非对称配光」研究

米家显示器挂灯使用了 80 颗 0.2W 的 LED 模块,额定功率 5W;米家台灯是 42 颗 0.15W 的 LED 模块,额定功率 6W。我使用 International Light 的辐照计分别测试三种灯具的白光和黄光强度。

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测试方法如下:展开米家台灯的灯臂平行于桌面,将辐照计的探头平放于灯源正下方,另外两款灯具手持平放于同样高度,分别测试白光和黄光的最大强度,结果如下:

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米家台灯和酷毙灯的强度相差不大,米家挂灯强度是米家台灯的两倍,看来米家显示器挂灯的亮度还是可以的。

三款灯具都支持亮度调节,那高速快门看 OPPLE 酷毙灯的频闪非常厉害,长时间会造成眼疲劳,米家的两款灯都没有频闪。

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4.3 光谱范围

显色指数(Ra)是指物体在光源的照射下,其原本色彩还原的能力,太阳光的显色指数定义为 100,显色指数超过 90 都视为优良,其中明基 ScreenBar 为 Ra95,米家屏幕挂灯为 Ra90。

实验室没有直接测量显色指数的设备,光所发射的光谱内容决定光源的光色,光谱组成较广的光源较有可能提供较佳的显色品质。于是我测了下三个灯的光谱范围。使用的是海洋光学的光纤光谱仪。

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三种灯具的白光测试结果如下:

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三种灯具的光谱覆盖范围都差不多,为 450nm-700nm 的连续光谱。米家挂灯的光谱分布更加均匀,米家台灯在 450nm 还有一处特征峰。米家挂灯和酷毙灯的光谱峰值都在 600nm 左右,米家台灯则在 550nm 处。米家屏幕挂灯显色指数为 90,米家台灯没标,查到的资料说是 83,酷毙灯肯定是最差劲的。光谱曲线和显色指数貌似没啥直接关系,百度上说可以通过光谱计算得到显色指数。

4.4 光强变化

为了验证是否为非对称光学设计,接下来用 Thorlabs 的光功率计测量不同角度下的光强值。

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使用课题组的目标反射特性测试装置,控制电控转台,从 -30° 到 +90° 每隔 3° 测试光强并记录数据。

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测试结果绘制成下图曲线。

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在负角度和超过 70° 的范围内光强值都较小,也就是挂灯会有少量的光线照到屏幕和人眼。

强度极大值在 +30°,也就是显示器面前桌面的阅读区域,不过两侧的强度值几乎以 +30° 中心对称,感觉像我之前说到的把 LED 的出光面旋转了一定的角度,至于这样是不是「非对称光学设计」我就不知道了。

其实吧,我把酷毙灯吸在书架下面,用黑纸做了个遮光罩挡了挡,感觉也差不多...米家显示器挂灯专业测评与「非对称配光」研究

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四、总结

屏幕挂灯是一类小众产品,明基的 ScreenBar 长期处于垄断地位,一方面也教育了市场。最近一年倍思、美的等厂商也纷纷推出了百元价位的类似产品,不过只得其形,未得其神,就是普通台灯换了挂灯的外观,只有小米敢明确宣传自己是「非对称设计」,至于米家这款显示器挂灯是不是明基 ScreenBar 的平价替代品呢,我没有使用过明基的产品,也就不知道米家两成的价格能实现了明基几成的功力。

169 元我觉得挺值,做工、颜值、调节旋钮都令我满意,毕竟一台普通米家台灯也要差不多的价格,明基 ScreenBar 的销量想必也会受到不小的影响,更别说倍思、美的这类同处于百元价位的厂家了。200 以内号称非对称光线的屏幕挂灯也没得其他可选。

我的光强测试结果表明米家挂灯似乎不是非对称光学设计,不过基本满足了「不照到人眼」「不照到屏幕」两大要求,与明基相比少了光线传感器来自动调节色温和亮度,据说米家显示器挂灯还有个尚未发布的 pro 版本,支持接入米家 APP,配合小米智能家居的各类传感器将会有更多的玩法。

如果你也是长期在电脑桌上工作学习,并且环境光线也不是很好,可以入手一台挂灯来改善光照环境。如果你没这方面的需求就没必要买一台来尝尝鲜了,挂灯跟普通台灯相比并没有质的提升,长期闲置挂在屏幕上还碍眼呢。

文中如有错误欢迎指出讨论,感谢观看~

参考文献:

[1] 程敏. 具有非对称配光特性的LED路灯的光学设计[D]. 大连工业大学, 2012.

[2] 深圳市孔明科技有限公司.一种非对称透镜和灯具及其设计方法:CN201911261315.0[P].2020-04-03.

[3] 苏州佳世达电通有限公司.夹灯配件及夹灯.CN201711011176.7[P].2017-10-25

[4] 青岛亿联客信息技术有限公司.一种显示器挂灯:CN201920957966.2[P].2020-02-07.

[5] 知乎.小米屏幕挂灯是否涉及虚假宣传?齊大圣与姜兆宁的回答.

[6] 微博.什么是非对称光源?小米/明基/倍思屏幕挂灯深度对比评测.王奔宏



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