CN109312913B - 特殊的花效果光束和洗光灯具 - Google Patents

Abstract

本发明描述了多模型变量光束角的洗光以及动态颜色花效果灯具，采用了多颜色LED阵列和视准部分均匀化光导，所述光导与旋转的多面棱镜成对旋转，所述棱镜能够选择性地与光束接合，并且在处于接合时被旋转。进一步地，其与漫射器臂和变焦透镜成对，其将固定灯具转换为可变角度的洗光。

Description

特殊的花效果光束和洗光灯具

技术领域

本公开一般涉及用于在灯具中提供特殊效果的方法，特别涉及一种关于提供来自单个灯具的单光束和多光束的方法。

背景技术

具有自动和远程可控功能的灯具在娱乐和建筑照明市场众所周知。这样的产品通常在剧院、电视演播室、音乐会、主题公园、夜总会和其他场所使用。典型的产品提供控制灯具的功能，允许操作者控制在舞台上或演播室中闪耀的来自灯具的光束的强度和颜色。许多产品也提供对其他参数的控制，例如位置、焦点、光束尺寸、光束形状和光束图案。在含有产生光输出的发光二极管(LED)的这些产品中，普遍使用多于一种颜色的LED，并且能够单独地调节每种颜色的强度，使得可以调节输出的颜色，所述输出包括所有LED的混合输出的组合。例如，这样的产品可以使用红、绿、蓝和白色的LED，具有对这四种类型的LED中的每一种的单独的强度控制。这允许用户混合几乎无限种组合并且产生他们想要的几乎任何颜色。

图1示出了典型的多参数自动灯具系统10。这些系统典型地包括多个多参数自动灯具12，这些灯具中的每一种典型地含有车载光源(未示出)、光调制设备、联接到机械驱动系统和控制电子元件的电子马达(未示出)。除了或者直接地或者通过电源分配系统(未示出)连接到主电源以外，每个自动灯具12串联地或与数据链接14并联地连接至一个或多个控制台15。自动灯具系统10典型地由操作者通过控制台15来控制。

已经提供有使用非LED光源的灯具，设计此灯具以产生单个窄光束或多个这样的光束。这样的灯具可以使用低光展量、具有小弧间隙的高强度放电(HID)光源，以促进紧凑的、几乎平行的光束的产生。美国专利申请第14/042,758号和第14/042,759号提供了这样的系统的示例。还使用复杂的视准系统(例如，美国专利申请第14/405,355号中公开的)制造具有窄光束能力的单色和多色LED源的灯具。但是，与HID光源相比较，LED为高光展量的光源，并且使用LED光源制造多光束系统很困难。

需要用于制造和控制来自以LED为源的灯具的单光束或多光束的方法，以产生可控的照明效果。

附图说明

为了更加彻底地理解本公开及其优点，现在参考以下描述连同附图，在附图中相同的附图编号表示相同的特征，其中：

图1示出了多参数自动灯具照明系统；

图2示出了生成花效果的灯具的光引擎的主要部件的优选实施例的布局；

图3示出了图2中示出的光引擎的主要部件和布局的一些实施例的更多细节；

图4示出了用于光导总成的附加支承结构的实施例；

图5示出了不带任何支承结构的光导的实施例；

图6示出了利用解除接合的光学软化元件的实施例的灯具的布局；

图7示出了利用处于接合位置中的光学软化元件的实施例的灯具的布局；

图8示出了利用处于接合位置中的倍增光学元件的实施例的灯具的布局；

图9示出了光学软化漫射器臂的实施例的细节；

图10示出了用于示出的实施例的透镜的关节驱动系统；以及

图11示出了在图1中示出的照明系统中使用的完整灯具。

具体实施方式

本公开的优选实施例在附图中示出，使用相同的编号指代不同的附图中的相同和相应的部分。

本公开一般涉及用于在灯具中提供特殊效果的方法，特别涉及从单个灯具提供单个光束和多个光束的方法。

图2示出生成花效果的灯具的光引擎的主要部件的优选实施例的布局。光发射模块20包括单个LED或LED阵列，单个LED或LED阵列可以包含主要光学元件(未示出)。光发射模块20可以含有单色LED或者可以含有多个管芯，每个管芯可以是共同的或不同的颜色。例如，在一个实施例中，光发射模块20可以包括红、绿、蓝和白色LED中的每一种。在进一步的实施例中，光发射模块20可以包括单个LED芯片或封装件，而在又进一步的实施例中，光发射模块20可以或是在单个主要光学元件中或是在其主要光学元件的每个封装中包括多个LED芯片或封装件。在一些实施例中，这些一个或多个LED管芯可以与一个或多个光学透镜元件成对作为LED光发射模块的部分。在进一步的实施例中，光发射模块20可以包括多于四种颜色的LED。例如，可以使用七种颜色，红、绿、蓝、白、琥珀、青和深蓝/紫外每种一个的LED管芯。

来自光发射模块20的LED的光输出进入在保护套筒24中含有的光导光学元件22。光导光学元件22可以是利用内反射从而收集、均匀化和约束光以及将光传导到出口23的设备。光导光学元件22可以是具有反射内表面的中空管，使得进到入口的光在离开出口23以前可以被沿着管反射多次。光导光学元件22可以是方形管、六边形管、七边形管、八边形管、圆管，或者具有任何其他截面的管。在进一步的实施例中，光导光学元件22可以是由玻璃、透明塑料或其他光学透明材料构造的实心杆，在该杆内入射光束的反射是由于杆的材料和周围的空气之间的分界面的“全内反射”(TIR)造成的。集成杆可以是方形杆、六边形杆、七边形杆、八边形杆、圆杆，或者具有任何其他截面的杆。无论具有任何数量的侧面的光导光学元件22是实心还是中空的，都可以具有截面形状不同的入口21和出口23。例如，方形入口21和八边形出口23。进一步地，光导光学元件22可以具有渐缩的侧面，使得入孔小于出孔。这样的结构的优点是在出口23离开光导光学元件22的光的发散角小于进入光导光学元件22的光的发散角。更大的孔与更小的发散角的结合用作保持系统的光展量。因此渐缩的光导光学元件22可以提供与聚光光学系统类似的功能。在本公开的一个优选实施例中，光导光学元件22具有方形入口21和方形出口23。为了达到所需的联想到花的效果，使用具有相对侧的形状以及沿着光导光学元件22的长度具有相同形状的截面是有利的。

光导光学元件22可以具有长度比其直径大得多的长径比。长度和直径之间的比例越大，得到的混合和均匀化将越好。光导光学元件22可以被封闭在提供抵御损害、刮擦和灰尘的机械保护的管或保护套筒24中。在优选的实施例中，光导光学元件22是使得视准和导向，但是有意地提供对于来自光发射模块20上的单个LED的光的不完全均匀化的长度。这种不完全均匀化可以在光学系统的其余部分中被有利地利用。类似地，光导光学元件22的出口23被磨光(而不是被漫射或施以纹理)，从而维持输入光束的不完全均匀化。在一个实施例中，光束被小于50％地均匀化，使得来自单独的LED的各个光束或颜色仍然清晰可见。

保护套筒24内的光导光学元件22被安装为使得能够沿着其长的光学轴线通过由轴承66支承的齿轮32和马达(未示出)自由地旋转。旋转光导光学元件22将引起来自出口23的发射光束也围绕系统的光学轴线旋转。事实上，由于穿过固定光发射模块20中的LED阵列的光导22的输入口的旋转以及旋转光导内的全内反射的作用，光束移动和旋转是复杂的。因此，离开光导光学元件22的光束将呈现为移动光束的复杂和动态图案。光导光学元件22可以在两个方向中的任何一个并且以在操作者控制下的任何速度旋转。

根据本公开的基本形式，来自光导光学元件22的出口23的光将被导向并且穿过第一透镜38和第二透镜40，第一透镜38和第二透镜40用作进一步控制发射光束的角度。第一透镜38和第二透镜40可以成对地以沿着由线41示出的系统的光学轴线的方向朝向和远离光导光学元件22移动。在第一透镜38和第二透镜40与光导光学元件22的出口23具有最远间隔的位置，发射光束具有窄光束角。在第一透镜38和第二透镜40与光导光学元件22的出口23具有最近间隔的位置，发射光束具有宽光束角。透镜38和透镜40与光导光学元件22的出口23具有中间位置时提供中间的光束角。第一透镜38和第二透镜40可以有利地被配置为消色差对，以使一个发射光束或多个发射光束的色差最小化。本文示出的系统利用两个透镜元件(第一透镜38和第二透镜40)提供输出光束控制。但是，本公开并非如此局限，并且进一步的实施例也可以含有不同数量和类型的透镜或本领域众所周知的其他光学系统。特别地，进一步的实施例可以利用第一透镜38和第二透镜40的关系不固定并且可以改变的系统。透镜38和透镜40可以是弯月面透镜、平凸透镜、双凸透镜、全息透镜、非球面透镜或者本领域众所周知的其他透镜。透镜38和透镜40可以由玻璃、透明塑料或本领域已知的其他光学透明材料构造。

根据描述的布局，来自灯具的效果将是由光导光学元件22内的光发射模块20中的LED的各个光束的反射产生的多个光束的复杂图案。由于没有提供漫射或其他均匀化，这些光束将通过包括第一透镜38和第二透镜40的投影透镜系统保持不同的颜色和图案。随着光导光学元件22旋转，第一透镜38和第二透镜40朝向和远离光导光学元件22的出口23(如箭头43所示)移动，效果是随着透镜移动而打开和闭合的花或展开的图案。

因此产生的光学花效果中的光束可以通过在光导光学元件22的出口23和第一透镜38之间的光束中插入棱镜34而进一步增强。当位于穿过光束的位置时，棱镜34可以围绕光学轴线旋转。马达可以连接至驱动系统36和驱动系统37从而能够对穿过光束的棱镜34的插入/移除以及旋转棱镜34进行控制。在示出的实施例中，示出棱镜34有3个面,例如面35，这些面对称地围绕棱镜的周长间隔开，产生三倍的光束数。在实践中，棱镜34可以具有任何形状或设计，具有任何数量、方向和面的形状。棱镜34可以由玻璃、透明塑料或本领域已知的其他光学透明的材料构造。棱镜34可以进一步地形成为全息漫射或衍射图案。

作为光学系统的进一步细化，漫射器臂26可以摇摆穿过光束靠近光导光学元件22的出口23。漫射器臂26可以含有多个漫射器，每个漫射器可以具有不同的漫射属性。在示出的实施例中，漫射器臂26与第一漫射器28和第二漫射器30相适应，但是，进一步的实施例可以具有不同数量的漫射器。在操作中，漫射器臂26旋转，使得漫射器28或漫射器臂30之一被定位为靠近光导光学元件22的出口23，并且在它们进入光学系统的其余部分以前用于漫射和均匀化来自出口23的光束。漫射器用作将多个光束合并为单个光束，并且用作倍增光束的散开。不同强度或属性的漫射器28或漫射器30可以提供窄均匀化的光束或宽均匀化的光束，而不具有花效果或为更低功率的漫射器提供软化的花效果。在这种操作模式中，第一透镜38和第二透镜40将继续控制均匀化后的光束的整体尺寸。类似地，棱镜34将继续倍增并且影响均匀化后的光束。

图3示出了图2中示出的光引擎的布局以及主要部件的一些实施例的更多细节。更具体地，在图3中，可以清楚地看到光导光学元件22的出口23以及用于移动穿过该出口23的漫射器28和漫射器30的装置。

图4示出了包含其支承结构的光导总成。子图4a、4b、4c和4d示出了从完全分解(4a)到完全组装(图4d)的总成。具有出口23的光导光学元件22被插入保护套筒24中。保护套筒24具有作为其结构的部分的轴承支承表面64和轴承支承表面68。轴承支承表面64和轴承支承表面68分别与轴承66和轴承70接合。这允许保护套筒24(以及由此的光导光学元件22)在轴承66和轴承70内旋转。还有齿轮62附接至保护套筒24，齿轮62随图6中示出的齿轮32而动，齿轮32转而被马达33驱动。由保护套筒24、光导光学元件22、轴承66和轴承70以及齿轮62形成的总成在支架72内被支承，使得(如图4d中示出)光导光学元件22从支架72的基座突出，并且与光发射模块20对齐。该总成也用作保持光导光学元件22的入口21和光发射模块20之间的一个小分离，使得来自光发射模块20和光导光学元件22的光转移被最大化，但是两个表面不接触。

在进一步的实施例中，设想如图4中示出的光导总成可以在单个灯具内以多个或阵列使用。例如，旋转光导总成的方形阵列可以用于每个光导被定位在其自己的光发射模块以上的情况。在这些实施例中，单个马达可以驱动多个光驱动总成的旋转。

图5示出了没有支承结构的光导光学元件22的实施例。光导光学元件22含有输入口21和出口23。在示出的实施例中，光导光学元件22渐缩，并且具有方形入口21和方形出口23。

图6示出了利用处于接触接合的光学软化元件的实施例的灯具的布局。该图根据本公开的实施例示出了与图2中示出的相同的系统，并且示出了移动系统的更多细节。马达33通过齿轮32提供用于旋转光导光学元件22的运动，并且马达35提供用于漫射器臂26的运动。类似地，马达39是插入/移除并且旋转穿过光束的棱镜34的两个马达(第二个未示出)之一。类似地，本领域众所周知的马达和驱动系统提供用于第一透镜38和第二透镜40沿着灯具的光学轴线的运动。马达33、35和39可以是步进马达、伺服马达、线性致动器、螺线管、DC马达或者本领域众所周知的其他机构。在示出的实施例中，马达通过齿轮32或驱动系统36和驱动系统37来操作。例如，马达33驱动齿轮32。也考虑本领域众所周知的用于致动所需的移动的其他机构。在图6中示出的位置中，棱镜34在光束之外，第一漫射器28和第二漫射器30二者也在光束之外。在该位置，未漫射的光束呈现先前描述的花效果。

图7示出了利用处于接合位置的光学软化元件的实施例的灯具的布局。该图示出了与图6示出的相同的系统。在图7中示出的位置中，棱镜34在光束之外，然而漫射器臂26已旋转，使得第二漫射器30被定位在穿过光导光学元件22的出口23处。在该位置，光束被第二漫射器30漫射，并且呈现出均匀化的光束而不具有花效果。

图8示出了利用处于接合位置的倍增光学元件的实施例的灯具的布局。该图示出与图6和图7中示出的相同的系统。在图8示出的位置，棱镜34已被定位为穿过光束，然而漫射器臂26已被旋转，使得第一漫射器28和第二漫射器30都在光束之外。在该位置，未被漫射的光束呈现出倍增的或被棱镜34影响的花效果。虽然仅示出了漫射器臂26和棱镜34的位置的三种组合，但是在实践中，可以设想任何光学元件的组合。

图9示出了光学软化漫射器臂26的实施例的细节。图9中示出了漫射器臂26的两个位置。在位置A，漫射器臂26被定位为使得第二漫射器30穿过出口23(以虚线示出，因为其在漫射器下面)。还示出了漫射器臂26的一个可选特征。第一漫射器28包含遮罩29，遮罩29用作将光约束为遮罩形状。遮罩29是具有中央开孔的不透明遮罩，在这个例子中，为六边形形状。遮罩29帮助将投影的光束约束为更圆的非方形形状。遮罩29可以是任何形状，并不仅是本文示出的六边形，包括但不限于圆形的、六边形的或八边形的。

在位置B，漫射器臂26被定位为使得第一漫射器28包含穿过出口23的遮罩29(以虚线示出，因其位于漫射器下面)。漫射器28和漫射器30可以提供在输出中产生不同的光束传播的不同数量或类型的漫射。漫射器28和漫射器30可以是带有图案的或模塑的玻璃或塑料，或者可以是全息漫射器或本领域众所周知的其他漫射器类型。虽然这里示出了两个不同的漫射器28和30，本发明并不是如此局限，并且可以附加和选择任何数量的漫射器或均化器作为漫射器臂26的部分。

图10示出了用于示出的实施例的透镜的关节驱动系统。第一透镜38和第二透镜40可以由连接至马达44的导螺杆46支承。如通过箭头43所示出，马达44的旋转将第一透镜38和第二透镜40沿着系统的光学轴线来回地移动。虽然这里示出了导螺杆系统，但是本发明并不是如此局限，并且可以设想移动透镜的其他方法(例如皮带系统、线性致动器、齿条和小齿轮)以及本领域众所周知的其他方法。当变焦透镜模块向下至最接近光学杆和棱镜的位置时，固定灯具输出被软化和漫射(洗光(wash l ight))的最大光束角，并且当变焦透镜模块向上至从光学杆和棱镜最远的位置时，固定灯具输出最小光束角，最小光束角锐利并且聚焦，并且当插入漫射器或一个RGBW芯片(花效果)阵列时，如果漫射器没有接合光束，则投射出RGBW芯片的形状。光束角也可以在这些极限之间变化，并且通过棱镜的接合和解除接合而进一步修改。

图11示出了图1中示出的照明系统中使用的完整的灯具50。在此系统中示出了灯具头52，灯具头52包含如前所述的光学系统，并且能够在轭54内可旋转地安装，轭54转而可旋转地安装在顶盒56上。从灯具头52至轭54或者从轭54至顶盒56的可旋转附件中的一个或两个可以能够继续旋转，其中，穿过旋转关节通过滑环或其他设备提供电连接。

虽然本公开已关于有限数量的实施例进行了描述，已经从本公开受益的本领域技术人员应理解，也可以设计其他实施例，而不偏离本文公开的公开内容的范围。本公开已详细描述，应理解，可以进行各种变化、替换和改变而不偏离本公开的精神和范围。

Claims (16)

1.一种自动灯具，包括：

光引擎，其具有中央光束轴线，并且具有生成多个颜色光束的LED阵列光源；

光导，其不完全地均匀化，使得所述颜色光束可见地获得分离和单个颜色；

变焦透镜系统，其被配置为从所述光导接收颜色光束，并且以随着所述变焦透镜系统的透镜朝向所述光导以及远离所述光导移动而分别打开和闭合的光束的展开图案投射接收到的颜色光束。

2.根据权利要求1所述的自动灯具，其中所述光导以关节联合从而围绕所述中央光束轴线旋转。

3.根据权利要求1所述的自动灯具，其中随着所述变焦透镜系统被以关节联合，所述变焦透镜系统以关节联合从而沿着所述中央光束轴线扩展和收缩所述光束。

4.根据权利要求3所述的自动灯具，其进一步包括图像倍增光学元件。

5.根据权利要求4所述的自动灯具，其中所述图像倍增光学元件为多面棱镜。

6.根据权利要求4所述的自动灯具，其中所述图像倍增光学元件被以关节联合从而与所述颜色光束接合或解除接合。

7.根据权利要求4所述的自动灯具，其中所述图像倍增光学元件被以关节联合从而围绕所述中央光束轴线旋转。

8.根据权利要求1所述的自动灯具，其中所述光导具有包括偶数个相对侧面的截面。

9.根据权利要求8所述的自动灯具，其中所述光导具有四侧面的截面。

10.根据权利要求7所述的自动灯具，其中所述光导具有入口和出口，所述入口具有比所述出口更小的面积。

11.根据权利要求10所述的自动灯具，其中所述光导的出口被磨光。

12.根据权利要求3所述的自动灯具，还包括以关节联合的漫射器，所述漫射器被以关节联合从而与所述光束接合或解除接合。

13.根据权利要求12所述的自动灯具，其中所述漫射器包括多个漫射器，每个漫射器具有不同量的漫射。

14.根据权利要求12所述的自动灯具，其中所述漫射器包含遮罩，所述遮罩被配置为将所述光束约束为遮罩形状。

15.根据权利要求14所述的自动灯具，其中所述遮罩图案导致具有更圆的截面的光束。

16.一种自动灯具，包括：

光引擎，其具有中央光束轴线，并且具有生成多个颜色光束的LED阵列光源；

视准杆，其

不完全地均匀化，使得所述颜色光束可见地获得分离和单个颜色，

被以关节联合从而围绕所述中央光束轴线旋转，

具有四侧面的截面，以及

具有入口和出口，所述入口具有比所述出口更小的面积，并且所述出口具有磨光的表面；以及变焦透镜系统，其

接收来自所述视准杆的颜色光束，并且投射接收到的颜色光束，以及

随着所述变焦透镜系统的透镜相对于所述光导移动而被以关节联合从而沿着所述中央光束轴线移动，扩展和收缩所述颜色光束的图案；

多面棱镜，其

被以关节联合从而与所述光束接合或解除接合，以及

被以关节联合从而围绕所述光束的中央轴线旋转；

以关节联合的漫射器，其被以关节联合从而与所述颜色光束接合或解除接合，所述漫射器包含遮罩被配置为将所述光束约束为更圆的截面。

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