CN101430073A - 可更换的光效应系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光效应系统，包括光源和夹在光源与系统的出射透镜之间的一个或多个孔元件。孔元件包括至少一个孔和定位于其中的至少一个光效应元件。本发明涉及一种孔元件包括至少两个“指杆”的系统，该至少两个“指杆”在至少180°的圆周内围绕着每个光效应元件。这些咬住的“指杆”与所述光效应元件的外表面的轮廓相接合，以将光效应元件在孔内保持到位，所述指杆由挠性材料形成。借此，通过沿垂直于光路的理想方向推拉，能够实现光效应部件的锁定和释放。换句话说，不需要任何角度转动、弯曲或扭曲，从而只需要最小的空间。

Description

可更换的光效应系统
技术领域
本发明涉及一种光效应系统，包括至少一个光源，该光源产生穿过透镜系统的光束，其中光效应系统包括至少一个孔元件，该孔元件包括至少一个孔和至少一个光效应元件。
本发明还涉及一种用于在照明支架内互换光效应元件的方法，在该照明支架内光源发出光束，该光束穿过透镜系统，其中光束还穿过光效应元件，该光效应元件放置在孔内。
本发明涉及用在娱乐、推销以及建筑应用上的自动照明系统。具体地，本发明涉及一种例如照明设备或投影仪里的系统，在该系统里不同的光学部件可以很容易地互换，而不需要使用工具，也不需要占用纵向的空间。
背景技术
下面给出现有技术里一种示例性的投影仪，作为对背景技术一般性的描述。然而，可以理解，本发明的投影仪可以包括各种其他的部件和结构。现有技术的投影仪通常包括从光源发出的光束和位于投影仪第一端处的反射器。光束在到达投影仪的遮光轮之前穿过滤色器。遮光轮一般是单个、可驱动旋转的色轮，具有多个在其内蚀刻而成并围绕其外周分布的图案。在一些投影仪里，马达操作的隔膜在光束遇到马达操作效应(effect)的色轮之前将光束的尺寸增大或减小，该马达操作的隔膜包括安装在周边分布的窗孔上的适当插入件，这些周边分布的窗孔用于对光束生成期望的改变效果，像改变光束图案、颜色或扩散、产生分光效应等。最后，投影仪使光束穿过一个或多个透镜，该透镜用于在光束从投影仪壳体出射之前向光束提供变焦效果和调节光束的聚焦以及/或发散。诸如遮光片、滤色器以及分光透镜这些部件在下面的描述中被称作“光学部件”。
传统上用于舞台、剧场、建筑以及显示照明的投影仪都包括能在光束路径里可去除地插入各种类型的光束调节器以改变光束的颜色、强度、尺寸、形状以及图案的装置。因而，在一种典型的系统内，光源产生白光，该白光穿过例如至少一个用于产生一种有色光束的滤色器色轮、用于向光束施加所选图案的遮光轮、用于改变在其内透过的光的强度的光强度色轮、用于确定光束尺寸的机械隔膜、以及用于控制光束焦点和发散的透镜系统。Bornhorst的美国专利US4,392,187披露了几种这样的系统。为了向光束施加期望的图案，众所周知的是使光束穿过遮光片，该遮光片是一个具有预定图案的模板或光模板。典型地，遮光片是通过将期望的图案化学地蚀刻到不锈钢盘上来形成。遮光盘通常被支撑在投影光束内，以通过已蚀刻进盘内的图案对穿过其内的光施加作用。
众所周知的是，例如从Callahan的美国专利US4,460,943可知的，提供一个安装板，该安装板具有围绕着一个共同轴的多个相等间隔的孔，在该一个或多个孔内安装遮光片。例如借助于马达，该板可围绕其轴驱动旋转，以将所选的遮光片插入光束路径内。
Richardson的美国专利US4,891,738披露一种包括有带孔的遮光片安装板的类似配置，该遮光片安装板用摩擦地接合在板周边缘上的马达驱动的辊可旋转地驱动。遮光片安装在支持架之上或之内，该支持架又固定地定位在板的孔里。安装板可旋转地驱动，以将所选的遮光片定位在光束里。在抵达这个位置之后，马达操作的支持架驱动机构通过与支持架的边缘接触，来以各种速度沿任一方向可旋转地驱动遮光片支持架。这样，该板可以旋转，以将所选的遮光片定位在光束里，并且该遮光片支持架也可以旋转，以在光束里旋转遮光片支持架。
一般地，投影仪以紧凑的方式构造，这是因为投影仪的旋转惯性会增大光束移动到位时所处的速度。另外，在光学系统内，用于聚焦的空间经常都是有限的。这意味着像遮光片这些假定要投影的光学部件都只有非常有限的空间，然而为了制成最令人感兴趣的产品，在这样的区域内具有尽可能多的光学部件是至关重要的。但是，这样的紧凑设计又会导致投影仪的维护和保养存在各种缺陷。此外，投影仪这样的紧凑设计还会妨碍投影仪内遮光片的替换。
例如，Belliveau的US5,402,326披露了一种包含数个遮光片支持架的遮光片转盘。该转盘是可以旋转的，以将期望的遮光片定位在光路里，该转盘还包括用于相对于转盘自身旋转支持架的装置。这些支持架永久地附接在转盘上，并且包括用于固定地保持着遮光片和从支持架内替换遮光片的机构。然而，由于光投影仪的这种紧凑设计，这样的遮光片转盘以及遮光片支持架经常紧密地靠近着邻近的机械部分安装。因而，在遮光片支持架内替换这些遮光片非常不便。
这个问题在多数方面被Rasmussen的US6,601,973解决，该专利披露了一种可互换的遮光轮组件，其包括多个孔和含有遮光片的遮光片支持架。该遮光轮适合于旋转，以将保持在其中一个支持架内的遮光片放置在来自于光源的光路里。遮光轮的遮光片支持架用弹簧保持器可去除地固定在遮光轮上，该弹簧保持器接合在遮光片支持架的凸缘部分上。然而，这种系统具有光学元件(此处是支持架内的遮光片)必须稍微成一定角度以可以从其位置释放，并且这个空余空间在紧凑的照明支架设计中并非可以任选的缺点。
因此，就需要一种系统，该系统能在这种紧凑构造的投影仪里实现光学部件(例如遮光片)的容易更换，而不需要在支架里沿纵向保留空间。
发明内容
本发明的目标是制造一种非常简单而又紧凑的光效应系统，该光效应系统能够提高紧凑型照明支架制造的可能性。本发明使光学部件的互换变得容易，无需占用支架纵向上的空间，无需使用工具，也无需接触除光学部件自身之外的任何其他部件。另外，本发明制造和组装起来很简单，从而有效节约成本。
若通过将孔元件用作锁定部分来进一步改善，上述目标可以用权利要求1前序部分描述的光效应系统加以实现，其中孔元件被设计成具有用挠性材料(例如弹簧钢)制成的咬住状“指杆”，该咬住状“指杆”在至少180°的圆周内部分地围绕着每个光效应元件。这些咬住状“指杆”与光效应部件的外轮廓相接合，并将光效应元件在孔的开口内保持到位。
借此，通过沿垂直于光路(支架的纵向)的理想方向推拉，能够实现光效应部件的锁定和释放。换句话说，不需要任何角度转动、弯曲或扭曲，从而只需要最小的空间。在该系统内可以实现咬住功能是因为遮光片的圆周被围绕至少180°，以及指杆被设计成用那种在光效应元件被推进和拉出时不会形成永久形变的材料制成这样的事实。
如果光效应元件还包括槽，并且这些“指杆”只是薄板，那么这些部分也可以机械地锁定，并非仅通过用指杆施加的预按压状态来实现。
在相反的情形下，其中指杆包括槽和光效应元件，凸缘也能提供相同的效果。
光效应元件可以是包含有几个部件例如轴承的组件。轴承能给内侧部分相对于外侧部分进行旋转提供可能性，从而如果光学部件附接在旋转部分上，那么向光效应系统增加更多的光学特征。向旋转部分添加齿部提供了用例如带有驱动传动装置的步进器马达驱动光效应元件的可能性。轴承的外侧部分设计成具有槽，以用来实现前述的锁定功能。
如果将这些槽移动到指杆上，将凸缘移动到轴承的外表面上，也可以提供相同的功能。
迄今为止，还未具体说明光效应元件如何定位。在一个实施例中，光效应元件可以定位在围绕旋转中心(色轮)的圆上。该中心定位在距对应于圆半径的光路的一定距离处，其中光效应元件定位在该圆上。这样，就可以从一个光学元件变换到另一个光学元件，或者人工地，或者在色轮旋转时优选地借助于马达。另外，相对于色轮(孔元件)独立可旋转的、并接合光效应元件上的齿状凸缘的中心齿轮将增加光学部件例如遮光片的旋转特征。中心齿轮可以用步进器马达进行驱动。
代替将光效应元件定位在圆上(色轮上)，还可以将它们定位成直线，例如盒。这样做的优点在于系统在一个平面内占用很少的空间，但不利的是它会在另一个平面内占用很多空间。换句话说，具有相同数目同样的光效应部件的系统其外切圆在线性系统里要比在圆形系统里更大。
在本发明的可能实施例里，这些指杆可以在三个位置与光效应元件的外轮廓相接合，这三个位置分布在光效应元件圆周的至少180°上。借此，可以实现指杆之间的相互作用，并且可以锁定光学元件的位置，光学元件只能放置在一个旋转位置上。这对具有特殊定向的所有光效应很重要。对光效应的旋转而言，光效应的角度位置也很重要，因为基于计算机对多个光效应系统的操作可以显示出与灯光表演中同步旋转相同的效果。
在本发明的另一个可能实施例中，指杆可以由折叠成指杆形状的配线形成，指杆在至少180°的圆周内部分地围绕着每个光效应元件。借此，可以实现弹性弹簧被用来锁定光学元件。
在本发明前述的几个实施例中，具有孔的光阻挡元件放置在指杆之上，用以阻挡光效应元件周围穿过的光。
附图说明
图1示出简化的光学系统(旋转效果)；
图2示出简化的光学系统(线性效果)；
图3示出本发明最简单的实施例处于释放位置时的截面；
图4示出本发明较便于使用的实施例处于释放位置时的截面；
图5示出本发明另一个实施例处于释放位置时的截面；
图6示出图5所示的“镜像”实施例的截面；
图7示出图1所示实施例处于释放位置时的截面；
图8示出图7所示本发明的“镜像”实施例的截面；
图9示出图1所示和图7截面所示的光效应色轮；
图10示出一个孔元件的截面；
图11示出一个孔元件的截面；
图12示出一个孔元件的截面。
参考数字：
2   光效应系统
4   反射器
6   灯座
8   光源
10   透镜系统
12   前透镜
14   孔元件
16   孔
18-24  光效应系统
26，28  指杆
30   中央的中心齿轮
32   旋转轴
34   光轴(光路)
102  光效应系统
104  反射器
106  灯座
108  光源
110  透镜系统
112  前透镜
114  孔元件
116  孔
118-124  光效应系统
126,128  指杆
134  光轴(光路)
202  孔元件的截面
204，206  指杆
208  光学部件
216  孔
220  孔元件的截面
222  孔
224，226  指杆
228  光学部件
230  槽
302  孔元件的截面
304  孔
306，308  指杆
310  光学组件
312  光学部件接合器
314  光学部件
316  槽
320  孔元件的截面
322  孔
324，326  指杆
330  光学组件
332  光学部件接合器
334  光学部件
336  凸缘
402  孔元件的截面
404  孔
406，408  指杆
410  光学组件
414  光学部件
416  齿状导杆和旋转凸缘
418  内轴承元件
420  外轴承元件
422  球状轴承的球
424  槽
450  孔元件的截面
452  孔
454，456  指杆
458  光学部件
459  光学组件
460  齿状导杆和旋转凸缘
462  内轴承元件
464  外轴承元件
466  球状轴承的球
468  凸缘
470  槽
502  光效应色轮
514  孔元件
516  孔
518-524  光效应元件
526,528  指杆
530  中央的中心齿轮
532  槽
534，536，538，540  光学元件
542  齿状导杆
602  孔元件的截面
604，606  指杆
608  光学部件
609  槽
610，612，614  突起
620  孔元件的截面
624，626  指杆
628  光学部件
630，632，634  突起
702  孔元件的截面
704  弹簧元件
706，708  指杆
712  光学部件接合器
714  光学部件
716  槽
具体实施方式
图1示出简化的光学系统2，包括：灯座6，光源8，反射器4，具有多个不同的能互换的光效应(optical effect)元件(遮光片(gobos))18-24的孔(aperture)元件(遮光轮)14，第一透镜组10以及前透镜12。所有这些元件都沿着光轴34定位。孔元件(遮光轮)14还包括多个孔16和挠性指杆26、28。中央的中心齿轮30可旋转地连接在与孔元件14相同的中心32上。
操作时，灯光源8发出光，该光被反射器4部分收集，并穿过遮光片18沿光轴34照射。设置透镜系统10、12以对遮光片18形成影像，通过的光束将所选遮光片18的影像投射到距前透镜的某个距离处。遮光轮14围绕轴32可以旋转，从而使在不同的遮光片18-24之间进行变换成为可能。该旋转可以用步进器马达(未示出)进行驱动。孔16保持敞开，因为该孔16并不必在光路34里具有光学效应。每一个光效应元件18-24都包括轴承(该组件稍后在图7和8里描述)。轴承的外侧部分包括有与指杆26、28相接合的槽。轴承的内侧部分与接合在中央中心齿轮30上的齿状凸缘一起自由地旋转，该内侧部分优选地用例如第二步进马达(未示出)驱动。该齿状凸缘与光学元件接合。在本发明的这个实施例中，它们胶合在一起，但是它们优选用例如弹簧保持器机械地接合起来。当启动这一构件时，图像发生旋转。光效应元件18-24可以通过将这些元件从刚好与孔元件相同的平面简单地拉出，来从其位置(参看图9)释放。不需要任何扭曲或弯曲，只需要非常有限的空间即可。来自挠性指杆26、28的张力和摩擦力是必须要克服的力。指杆26、28的设计综合有以下几个参数：厚度、材料、长度、表面摩擦力以及围绕至少180°的角度。该至少180°的围绕对本发明是至关紧要的。当围绕高于180°时，指杆26、28之间的开口将小于槽底部的直径。这两个距离之间的差就是当光效应元件18-24滑进和滑出时指杆26、28必须要反弹的距离。这种设计旨在确保以下几个方面：
1.光效应元件18-24的质量可以避免这些元件在运输期间和系统使用期间因受到重力和其他加速度影响而脱落。
2.将光效应元件18-24推入孔16和从孔16拉出所需要的力不应当高于普通成年人用两个手指而不用工具所提供的力。
3.指杆不能被按压到材料形成永久变形的程度。
尽管在所有图示中都是圆形，但是光学部件或光学元件18-24在形状上不限于完全是圆形。如果需要特殊的定位，该形状可以设计成用来锁定到某个位置。
图2示出本发明的另一个实施例，但是大部分内容与前面在图1里描述的实施例相似。在下面将描述不同之处。
替代遮光轮，向光效应系统102添加线孔元件114，并且即使可能，在本发明的这个实施例中也没有包含任何旋转。线孔元件114沿垂直于光轴134的方向线性地移动，以在不同的光效应元件(遮光片)118-124之间变换。该移动优选可以用步进马达和线性导杆(未示出)实现。
图3示出本发明的最简单实施例在释放状态下的截面图。光学元件——遮光片208，被指杆204、206仅在一个方向锁定，这在很多申请里都没有充分公开。
图4示出本发明另一个较便于使用的实施例处于释放位置时的截面图。注意，孔元件220的截面包括有槽230，该槽230牢固地接合着光学部件228，以将光学部件228在所有方向上锁定起来。在与滤色器或固定的遮光器连接时，这个实施例是非常有用的。指杆224、226可以优选地在硅酮化合物里模制而成，以避免玻璃结构的滤光器发生各种损害。该模制应当在更坚硬的材料上完成，像铝或钢，以确保孔元件220的硬度。
图5示出本发明另一个实施例处于释放位置时的截面图。增加了光学组件310。该组件310包括具有槽316的光学部件接合器312。遮光片314用胶固定在该接合器312上，但是这也可以用现有技术所述的保持器机械地完成。当光学部件314易碎并且需要保护起来以避免刮伤或接触时，这个实施例是优选地。
图6示出图5所示本发明的“镜像”实施例的截面图。该实施例具有相同的效果。仅有的差别在于孔元件320包括槽338，光学组件330包括与槽338相接合的指杆336。
图7示出图1所示实施例处于释放位置时的截面图。孔元件402的一部分包括孔404和指杆406、408。释放的光学组件410包括球状轴承，内轴承元件418，外轴承元件420和球422。内轴承元件418机械地锁定在齿状导杆和旋转凸缘416上，其中光学部件414用例如高温硅有机树脂胶固定起来。外轴承元件420包括槽424，当推进入孔404与槽424同心的锁定位置时，该槽424与挠性指杆406、408相接合。光学元件414从而可以例如用图1和图9所述的中心齿轮相对于孔元件402旋转。本发明的这个实施例制作起来非常容易。
图8示出图7所示本发明的“镜像”实施例的截面图。该实施例具有相同的效果。仅有的差别在于孔元件450包括槽470，光学组件459包括与该槽470相接合的凸缘468。
图9示出图1所示和图7截面图所示的光效应色轮502。该光效应色轮502包括前面所述的元件，但是它非常清晰地示出何谓中心齿轮系统。中央的中心齿轮530可以旋转接合齿状的“行星齿轮”518-524(这里为光效应元件)。同时也示出了释放的光效应元件518。
图10示出一个包括指杆604、606的孔元件602的截面图，指杆604、606保持着光学部件608，该光学部件608包括与三个凸起610、612、614相互作用的槽609，以将光效应元件保持到位。
图11示出一个孔元件620的截面图，该孔元件620包括用于保持光学部件628的指杆624、626，其中这些指杆包括突起630、632、634，这些突起用相互之间的凹口形成，用于保持光学部件628。
图12示出一个孔元件702的截面图，该孔元件702由形成指杆706、708的弹簧元件604形成，用于保持光学部件接合器712。

Claims (14)

1.一种光效应系统(2，102)，包括至少一个光源(8，108)，该光源(8，108)产生穿过透镜系统(10，110)的光束，其中光效应系统(2，102)包括至少一个孔元件(14，114)，该孔元件(14，114)包括至少一个孔(16，116)和至少一个光效应元件(18，20，22，24，118，120，122)，其特征在于，所述孔元件(14，114)包括：
至少两个指杆(26，28，126，128)，在至少180°的圆周内部分地围绕着每个光效应元件(18，20，22，24，118，120，122)；
所述指杆(26，28，126，128)与所述光效应元件(18，20，22，24，118，120，122)的外表面的轮廓相接合，以将光效应元件(18，20，22，24，118，120，122)在孔(16，116)内保持到位；以及
所述指杆(26，28，126，128)由挠性材料形成。
2.如权利要求1的光效应系统，其中，所述光效应元件(18，20，22，24，118，120，122)包括用于容纳所述指杆(26，28，126，128)的槽(316，424)。
3.如权利要求1的光效应系统，其中，所述指杆(226，224，324，326，454，456)包括槽(230，322，470)，所述槽(230，322，470)容纳光效应元件(228，330，459)上的凸缘(336，468)。
4.如权利要求2的光效应系统，其中，每个光效应元件(410，518-524)包括：
轴承组件(418-422，462-466)，所述轴承组件(418-422，462-466)包括与指杆(406，408，454，456)相对应地接合的外元件和内旋转元件(414，458)，该内旋转元件(414，458)包括用于附接光学部件的装置并包括齿状凸缘(416，460)。
5.如权利要求3的光效应系统，其中，每个光效应元件(410，518-524)包括：
轴承组件(418-422，462-466)，所述轴承组件(418-422，462-466)包括与指杆(406，408，454，456)相对接合的外元件(424，468)和内旋转元件(416，460)，该内旋转元件(416，460)包括用于附接光学部件的装置并包括齿状凸缘。
6.如权利要求4-5中任一项的光效应系统，其中，光效应元件(18-24，534-540)定位在围绕旋转中心的圆上，所述中心包括独立于孔元件旋转的中心齿轮(30，530)，所述中心的中心齿轮(30，530)与所述齿状凸缘(416，460)接合。
7.如权利要求4-5中任一项的光效应系统，其中，所述光效应元件(118-122)定位成直线。
8.如权利要求1的光效应系统，其中，所述指杆(604，606，624，626)在三个位置(610，614，614，630，632，634)上与光效应元件(608，628)的外轮廓(609)接合，该三个位置(610，614，614，630，632，634)分布在光效应元件(608，628)至少180度圆周上。
9.如权利要求1的光效应系统，其中，指杆(706，708)由折叠成指杆(706，708)形状的配线(704)形成，指杆(706，708)在至少180°的圆周内部分地围绕着每个光效应元件(714)。
10.一种用于在照明支架(2，102)内互换光效应元件(18，20，22，24，118，120，122)的方法，在该照明支架(2，102)内光源(8，108)发出光束，该光束穿过透镜系统(10，110)，其中光束还穿过光效应元件(18，20，22，24，118，120，122)，该光效应元件放置在孔(16，116)内，其特征在于所述光效应元件(18，20，22，24，118，120，122)可以从照明支架(2，102)外部沿完全或近乎平行于孔元件(14，114)的平面的方向被移除和重新定位，而无需弯曲或扭曲光效应元件(14，114)，同时不用移除或接触光效应元件本身之外的其他部件。
11.依照权利要求10的方法，其中，所述光效应元件(18，20，22，24，118，120，122)用至少两个指杆(26，28，126，128)固定在孔元件(14，114)的内部，该指杆(26，28，126，128)由挠性材料制成，围绕着光效应元件(18，20，22，24，118，120，122)圆周的至少180°。
12.依照权利要求11的方法，其中，多个孔元件(14，114)和光效应元件(18，20，22，24，118，120，122)可旋转地定位在围绕色轮中心的圆上，所述光效应元件(18，20，22，24，118，120，122)包括光学部件。
13.依照权利要求12的方法，其中，光效应元件(18，20，22，24，118，120，122)在轴承(418-422，462-466)内可以旋转，其中轴承(418-422，462-466)具有用指杆(26，28，126，128)固定的外部元件和用齿状凸缘(416，460，542)旋转的内部自由可旋转光效应元件(18，20，22，24，118，120，122)。
14.依照权利要求13的方法，其中所述齿状凸缘(416，460，542)与中央的中心齿轮(30，530)相接合，所述中央的中心齿轮(30，530)独立于孔元件(14，114，514)旋转。
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