CN106164582A

CN106164582A - 双模照明器材

Info

Publication number: CN106164582A
Application number: CN201580012006.3A
Authority: CN
Inventors: P.R.M.德斯塔恩
Original assignee: Koninklijke Philips NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2014-03-04
Filing date: 2015-03-04
Publication date: 2016-11-23
Also published as: US20170074490A1; JP2017512368A; EP3114398A1; JP6588457B2; WO2015132731A1

Abstract

提供在清洗模式和光束模式之间切换的光学开关（14）。具有相同的焦距的一组两个平行双凸透镜（16、18）分开第一距离（24）并配置成采用光束配置和清洗配置。在光束配置中，平行双凸透镜沿着相同轴对齐，使得该组双凸透镜的光学功率近似为零。在清洗配置中，两个平行双凸透镜中的一个相对于另一平行双凸透镜旋转。

Description

双模照明器材

技术领域

本发明通常针对双模自动照明器材。更具体地，本文公开的各种创造性方法和装置涉及能够在清洗光模式和光束光模式之间自动切换的照明器材。

背景技术

数字照明技术、即基于半导体光源（例如发光二极管（LED））的光照提供对传统荧光、HID和白炽灯的可行的替换物。LED的功能优点和益处包括高能量转换和光学效率、耐久性、较低的操作成本和很多其它优点。在LED技术中的最近的进步提供了在很多应用中使能各种照明效果的有效和鲁棒的全光谱照明源。体现这些源的一些器材以照明模块（包括能够产生不同的颜色例如红色、绿色和蓝色的一个或多个LED以及用于独立地控制LED的输出以便产生各种颜色和颜色改变照明效果的处理器）为特征。

建筑或舞台娱乐表演的照明（包括例如音乐会照明、剧院照明和礼堂照明）常常利用大量照明器材，其每个必须被调节或编程以产生期望照明效果。当对较多种类的照明效果的要求增加时，对增加数量的照明器材的需要也增加。

被称为投影或“光束”照明器材的一些照明器材设计成发射窄角度输出光束以照亮目标。一般，由光束照明器材发射的光的光束是高度地可控制的。所发射的光束可以例如是一种或多种不同的颜色，并可用于长投射或用于显示图像或设计。例如，由于窄输出和控制，光束照明器材可用于显示具有尖锐边缘的图案化图像。光轴照明器材的一个例子是聚光灯。

被称为“清洗”照明器材的其它照明器材设计成发射用光“清洗”舞台、表面或目标的宽角度光束。一般，由清洗照明器材发射的光的光束是多半不可控制的。清洗照明器材的一个例子是泛光灯。

常常，一个位置具有分开的光束照明器材和清洗照明器材，以便提供两种类型的照明效果。虽然单个照明器材可配置成在光束模式或清洗模式中操作，在模式之间的切换需要用户干预或显著的机械切换机构，其将来自光源的前面的一个附件切换到另一附件或将扩散器放置在光源的前面。机动化系统是缓慢的并可能花费长达10秒来从一个模式切换到另一模式，且必须被围住以避免灰尘和微粒接触扩散器、电动机和/或其它部件的任何表面。

相应地，在本领域中存在对用于将照明器材从一个模式切换到另一模式而没有用户干预或缓慢、庞大和复杂的机械切换机构的方法和装置的需要。

发明内容

本公开针对用于将照明器材从光束模式切换到清洗模式并用于将照明器材从清洗模式切换到光束模式的创造性方法和装置。鉴于前述内容，各种实施例和实施方式针对具有在光源的前面的光学开关附件的照明器材，光学开关附件可在光束模式中的操作和清洗模式中的操作之间转换照明器材。光学开关由具有实质上相同的焦距但具有相反的符号（即负和正焦距）的一组两个平行双凸透镜阵列组成，并能够采用至少两个配置。在光学开关的第一配置中，第一和第二双凸透镜阵列沿着相同轴对齐，使得这组双凸透镜的光学功率近似为零。在这个第一配置中，照明器材在光束模式中操作以发射多半没有效果地穿过这组双凸透镜的光的光束。在光学开关的第二配置中，第一或第二双凸透镜阵列相对于在该组中的另一阵列旋转90度。在这个第二配置中，照明器材在清洗模式中操作以发射由这组双凸透镜扩散的光束并用光清洗目标。

在提供另外的照明效果的一些实施例中，这组两个双凸透镜阵列能够采用第三配置。在光学开关的这个第三配置中，第一或第二双凸透镜阵列远离在该组中的另一双凸透镜阵列移动，使得也被称为“空气间隙”的在这两个双凸透镜阵列之间的距离增大。分开的双凸透镜阵列充当畸变透镜，其对穿过光学开关的光产生椭圆效应。例如，圆形光束或形状将表现为椭圆，而正方形光束或形状将表现为矩形。在一些实施例中，分开的双凸透镜阵列可同时旋转，从而使畸变光束在相同的角度下旋转。

例如在一些实施例中，照明器材是预期用在例如家里或零售环境中的联网的基于LED的照明器材。光学开关可以是添加到联网照明器材的附件，或可被内置到联网照明器材内。作为一个例子，可结合在家里的现有联网照明器材来使用光学开关，使家变得更像能够有各种各样的照明效果的剧院或舞台环境。

通常，在一个方面中，本发明涉及配置成在清洗模式和光束模式之间切换的光学开关，其具有拥有实质上相同的焦距的一组两个平行双凸透镜阵列，这组两个平行双凸透镜阵列分开第一距离并配置成采用至少光束配置和清洗配置，其中在光束配置中，平行双凸透镜沿着实质上相同轴对齐，使得这组双凸透镜的光学功率近似为零，以及其中在清洗配置中，这两个平行双凸透镜之一相对于另一平行双凸透镜旋转大约90度。

在一些实施例中，光学开关包括配置成旋转这两个平行双凸透镜中的至少一个的旋转机构。在一些实施例中，光学开关包括配置成引导旋转机构旋转这两个平行双凸透镜中的至少一个的控制器。

在一些实施例中，光学开关包括基于LED的光源。在一些实施例中，这两个平行双凸透镜中的每个包括圆柱形微透镜。

在一些实施例中，光学开关包括配置成将图案应用于从光源发射的光的GOBO，其中GOBO放置在光源和这组两个平行双凸透镜之间。

在一些实施例中，这组两个平行双凸透镜配置成采用畸变配置，其中在畸变配置中，第一距离增大。

在一些实施例中，光学开关包括配置成增大并减小第一距离的电动机和与电动机通信并被编程或配置成引导电动机增大或减小第一距离的控制器。

在一些实施例中，光学开关包括放置在光源和这组两个平行双凸透镜之间的棱镜板。

通常在另一方面中，本发明涉及包括光源和位于光源与光照目标之间的自动光学开关的照明器材，自动光学开关在清洗模式和光束模式之间切换，自动光学开关包括具有实质上相同的焦距的一组两个平行双凸透镜，这组两个平行双凸透镜分开第一距离并配置成采用至少光束配置和清洗配置，其中在光束配置中，平行双凸透镜沿着实质上相同轴对齐，使得这组双凸透镜的光学功率近似为零，以及其中在清洗配置中，这两个平行双凸透镜之一相对于另一平行双凸透镜旋转大约90度。

在一些实施例中，光源是基于LED的光源。

在一些实施例中，光学开关包括配置成旋转这两个平行双凸透镜中的至少一个的旋转机构。

在一些实施例中，光学开关包括配置成引导旋转机构旋转这两个平行双凸透镜中的至少一个的控制器。

在一些实施例中，两个平行双凸透镜中的每个包括多个圆柱形微透镜。

在一些实施例中，这组两个平行双凸透镜进一步配置成采用畸变配置，其中在畸变配置中，第一距离增大。

如在本文为了本公开的目的使用的，术语“LED”应被理解为包括任何电致发光二极管或能够响应于电信号而产生辐射的其它类型的基于载流子注入/结的系统。因此，术语“LED”包括但不限于响应于电流而发射光的各种基于半导体的结构、发光聚合物、有机发光二极管（OLED）、电致发光条等。特别是，术语“LED”指可配置成产生在红外光谱、紫外光谱和可见光谱的各种部分中的一个或多个中的辐射（通常包括从大约400纳米到大约700纳米的辐射波长）的所有类型的发光二极管（包括半导体和有机发光二极管）。

例如，配置成产生基本上白色的光的LED（例如白色LED）的一个实施方式可包括分别发射电致发光的不同光谱的多个裸片，这些光谱组合地混合以形成基本上白色的光。在另一实施方式中，白光LED可与将具有第一光谱的电致发光转换成不同的第二光谱的磷光体材料相关。在这个实施方式的一个例子中，具有相对短的波长和窄带宽光谱的电致发光“泵浦”磷光体材料，其转而辐射具有稍微更宽的光谱的更长的波长辐射。在另一实施方式中，发射激光的光（例如UV和蓝光）“泵浦”磷光体材料。

术语“光源”应被理解为指各种辐射源中的任一个或多个，包括但不限于基于LED的源（包括如上面定义的一个或多个LED）。

给定光源可配置成产生在可见光谱内、在可见光谱之外或这两者的组合的电磁辐射。因此，在本文可互换地使用术语“光”和“辐射”。此外，光源可包括一个或多个滤波器（例如滤色器）、透镜或其它光学部件作为集成部件。此外应理解，光源可配置成用于各种应用，包括但不限于指示、显示和/或光照。“光照源”是特别配置成产生具有足够的强度以有效地照亮内部或外部空间的光源。在这个上下文中，“足够的强度”指在空间或环境中产生的可见光谱中的足够的辐射功率（单位“流明”常常用于在辐射功率或“光通量”方面表示在所有方向上来自光源的总光输出）以提供周围环境照明（即可间接地被感知以及可以例如在完全或部分地被感知之前从各种介于中间的表面中的一个或多个反射的光）。

术语“照明器材”或“照明器”在本文可互换地用于指在特定的形状因子、组件或封装中的一个或多个照明单元的实施方式或布置。术语“照明单元”在本文用于指包括相同或不同类型的一个或多个光源的装置。给定照明单元可具有光源的各种安装布置、外壳/壳体布置和形状和/或电气和机械连接配置中的任一个。此外，给定照明单元可选地可与和（多个）光源的操作有关的各种其它部件（例如控制电路）相关（例如包括、耦合到各种其它部件和/或与各种其它部件封装在一起）。“基于LED的照明单元”指包括单独地或与其它非基于LED的光源组合的如上讨论的一个或多个基于LED的光源的照明单元。“多通道”照明单元指包括配置成分别产生不同的辐射光谱的至少两个光源的基于LED或非基于LED的照明单元，其中每个不同的源光谱可被称为多通道照明单元的“通道”。

术语“控制器”在本文通常用于描述与一个或多个光源的操作有关的各种装置。控制器可以用多种方式（例如使用专用硬件）来实施以执行本文讨论的各种功能。“处理器”是使用一个或多个微处理器的控制器的一个例子，微处理器可使用软件（例如微代码）被编程以执行本文讨论的各种功能。控制器可在使用或不使用处理器的情况下实施，且也可被实施为执行一些功能的专用硬件和执行其它功能的处理器（例如一个或多个编程微处理器和相关电路）的组合。可在本公开的各种实施例中采用的控制器部件的例子包括但不限于常规微处理器、专用集成电路（ASIC）和现场可编程门阵列（FPGA）。

在各种实施方式中，处理器或控制器可与一个或多个存储介质（通常在本文被称为“存储器”，例如易失性和非易失性计算机存储器，例如RAM、PROM、EPROM和EEPROM、软盘、光盘、光学盘、磁带等）相关。在一些实施方式中，存储介质可使用一个或多个程序被编码，程序当在一个或多个处理器和/或控制器上被执行时执行本文讨论的至少一些功能。各种存储介质可以在处理器或控制器内是固定的或可以是可运输的，使得存储在其上的一个或多个程序可被装入处理器或控制器内以便实施本文讨论的本发明的各种方面。术语“程序”或“计算机程序”在本文在一般意义上用于指可用于对一个或多个处理器或控制器编程的任何类型的计算机代码（例如软件或微代码）。

在一个网络实施方式中，耦合到网络的一个或多个设备可用作耦合到网络的一个或多个其它设备的控制器（例如在主/从关系中）。在另一实施方式中，联网环境可包括配置成控制耦合到网络的一个或多个设备的一个或多个专用控制器。通常，耦合到网络的多个设备每个可访问存在于一个或多个通信介质上的数据；然而，给定设备可以是“可寻址的”，因为它配置成例如基于分配给它的一个或多个特定的标识符（例如“地址”）来与网络选择性地交换数据（即从网络接收数据和/或将数据发送到网络）。

如在本文使用的术语“网络”指两个或多个设备（包括控制器或处理器）的任何互连，其便于在任两个或多个设备之间和/或在耦合到网络的多个设备当中的信息的传送（例如用于设备控制、数据存储、数据交换等）。如应容易认识到的，适合于使多个设备互连的网络的各种实施方式可包括各种网络拓扑中的任一个并使用各种通信协议中的任一个。此外，在根据本公开的各种网络中，在两个设备之间的任一个连接可代表在两个系统之间的专用连接或替代地非专用连接。除了传送旨在用于这两个设备的信息以外，这样的非专用连接还可传送不一定旨在用于这两个设备中的任一个的信息（例如开放网络连接）。此外，应容易认识到，如本文讨论的设备的各种网络可采用一个或多个无线、有线/线缆和/或光纤链接来便于在整个网络中的信息传送。

如本文使用的术语“用户接口”指在人用户或操作员与使能在用户和（多个）设备之间的通信的一个或多个设备之间的接口。可在本公开的各种实施方式中使用的用户接口的例子包括但不限于开关、电位计、按钮、转盘、滑块、鼠标、键盘、袖珍键盘、各种类型的游戏控制器（例如操纵杆）、轨迹球、显示屏、各种类型的图形用户接口（GUI）、触摸屏、麦克风和可接收某种形式的人产生的刺激并响应于其而产生信号的其它类型的传感器。

应认识到，前述概念和在下面更详细讨论的额外概念的所有组合（假设这样的概念不相互矛盾）被设想为本文公开的创造性主题的部分。特别是，出现在本公开的末尾的所主张的主题的所有组合被设想为本文公开的创造性主题的部分。还应认识到，也可出现在通过引用被并入的任何公开中的在本文明确使用的术语应符合与本文公开的特定概念最一致的含义。

附图说明

在附图中，相似的符号在全部不同的视图中通常指相同的部件。此外，附图不一定按比例，相反强调说明本发明的原理。

图1是根据本发明的实施例的具有光学开关的照明器材的示意性表示；

图2A和2B是根据本发明的实施例的光学开关的示意性表示；

图3是根据本发明的实施例的具有在光束模式中的光学开关的照明器材的示意性表示；

图4是根据本发明的实施例的光学开关的示意性表示；

图5是根据本发明的实施例的在光束模式中的光学开关的示意性表示；

图6是根据本发明的实施例的在清洗模式中的光学开关的示意性表示；

图7是根据本发明的实施例的在清洗模式中的光学开关的示意性表示；

图8是根据本发明的实施例的具有在清洗模式中的光学开关的照明器材的示意性表示；

图9是根据本发明的实施例的在清洗模式中的光学开关的示意性表示；

图10A-C是根据本发明的实施例的光学开关的示意性表示；

图11是根据本发明的实施例的光学开关的示意性表示；

图12A-B是根据本发明的实施例的光束的示意性表示；

图13是根据本发明的实施例的棱镜板的示意性表示；

图14A-B是根据本发明的实施例的光束的示意性表示；以及

图15是根据本发明的实施例的光学开关的示意性表示。

具体实施方式

将照明器材从光束模式切换到清洗模式常常是合乎需要的，反之亦然。然而，在模式之间的切换需要用户干预或缓慢、庞大和复杂的机械切换机构。机动化系统例如可能花费长达10秒钟来从一个模式切换到另一模式，且必须被围住以避免灰尘和微粒的不需要的堆积。

更通常地，申请人意识和认识到，提供能够在清洗光模式和光束光模式之间切换的双模自动照明器材将是有益的。例如，这样的照明器材将不需要由用户或复杂的机械切换机构直接操纵。

鉴于前述内容，本发明的各种实施例和实施方式针对具有在光源的前面的光学开关附件的照明器材，光学开关附件可在光束模式中的操作和清洗模式中的操作之间转换照明器材。光学开关由具有实质上相同的焦距但具有相反的符号（即负和正焦距）的一组两个平行双凸透镜阵列组成，并能够采用至少两种配置。在光学开关的第一配置中，第一和第二双凸透镜阵列沿着相同轴对齐，使得这组双凸透镜的光学功率近似为零。在这个第一配置中，照明器材在光束模式中操作以发射多半没有效果地穿过这组双凸透镜的光的光束。在光学开关的第二配置中，第一或第二双凸透镜阵列相对于在该组中的另一阵列旋转90度。在这个第二配置中，照明器材在清洗模式中操作以发射由这组双凸透镜扩散的光束并用光清洗目标。

现在参考附图，在图1中示出了包括光源12的照明器材10的一个实施例。在一些实施例中，光源12包括多个光源，其中多个光源中的一个或多个是基于LED的光源。基于LED的光源可具有一个或多个LED，包括在线性、二维或三维配置中的LED的阵列。光源可被驱动以发射具有预定特征（即颜色强度、色温等）的光。可在照明器材中采用适合于产生各种不同颜色的辐射的很多不同数量和各种类型的光源（所有基于LED的光源、单独地或组合地基于LED和非基于LED的光源等）。例如在一些实施例中，照明器材10包括两种或多种不同颜色的LED。相应地，光源的空间方向也可导致所发射的光的颜色或色温的调节。

在图1所示的实施例中，照明器材10具有放置在光源12和从光源12发射的一个或多个光束20所瞄准的对象或位置之间的光学开关14。附件14可以例如放置成与照明器材10直接连通，放置成接近照明器材10或可以是照明器材10的集成部件。在一个实施例中，照明器材10是家或办公室照明器材。在又一实施例中，照明器材10是剧院、舞台、外部或其它场所照明器材。

光学开关14还包括光束20所穿过的两个双凸透镜16和18。每个双凸透镜可以是例如圆柱形放大双凸透镜22（在图2A和2B中示出）的阵列。放大双凸透镜22可以是除了圆柱形以外的一个或多个其它形状，并且可以都是一个形状或可以是各种不同的形状。

双凸透镜实质上是光学透明的，且每个双凸透镜16和18具有平坦侧和包括多个微透镜22的“双凸透镜状”侧。双凸透镜16和18的微透镜22可以是任何适当的形状，例如圆锥形、球形、三角形或正方形连同其它形状，并且可以是凹的或凸的。在例如垂直于微透镜的上面所述的凹或凸形状的另一平面中，微透镜可以是任何形状，包括线性或任意形状等。双凸透镜16和18可由任何实质上光学透明的材料组成，这些材料包括玻璃或任何适当的塑料（包括例如聚酯、乙烯基、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚氯乙烯）连同其它材料中的一个或多个。

在一个实施例中，双凸透镜16和18实质上平行的，并沿着实质上相同轴34对齐，如图1和2A所示。在这个实施例中，双凸透镜16和18具有实质上相同的焦距但相反的符号，使得透镜的光焦度近似为零，且光束20多半不被光学开关影响，如图3和4所示。例如，如果双凸透镜16的焦距是f1x且双凸透镜16的焦距是-f1x，则光学开关14的光学功率近似为零（f1x + (-f1x) = 0）。在这个配置中，光学开关14在“光束模式”中操作。

如图2A所示，在光束模式中当双凸透镜16和18是平行的且沿着实质上相同的轴对齐时，在两个双凸透镜阵列中的多个圆柱形放大微透镜22（由线表示）在实质上相同的方向上对齐。在图5中，例如双凸透镜16的多个微透镜22水平地对齐。双凸透镜16的多个微透镜22类似地水平地对齐，虽然它们在双凸透镜18的相反面上且因此不是可见的。在图5中的数字30代表具有水平地对齐的多个微透镜22的双凸透镜18的相反面。

如图3和4所示，在光束模式中，“Go Between”或“Goes Before Optics”（“GOBO”）模板26或其它部件可放置在光源10和光学开关14之间。GOBO 26操纵光束20以产生在目标28上的光和阴影的特定型式，目标28可以是光束20被发射于的屏幕、人、空间或任何其它目标。在光束模式中，光和阴影的型式虽然穿过光学开关14但是可辩别的，因为在光束模式中光束20多半不被双凸透镜16和18影响。根据实施例，GOBO 26可以是基于像素的照明器材或光阀，例如微机电系统（MEMS）设备、数字微镜(“DMD”)或液晶显示器（“LCD”）连同其它基于像素的照明器材。这个像素化或修改可以是自动化的或可基于用户输入。

双凸透镜16和18分开第一距离24，其可以是固定的或可调节的。在一个实施例中，第一距离24宽到足以避免当双凸透镜16或18旋转时，每个双凸透镜16和18的多个微透镜22的机械干扰。例如，如图2A和2B所示，如果双凸透镜16或18绕着轴34旋转（同时保持透镜实质上平行），则距离24足以防止双凸透镜16和18的任一部分接触或以其它方式妨碍旋转。然而，第一距离24窄到足以防止当光学开关14在光束模式中时光束20的明显扭曲。

例如，根据一个实施例，通过利用具有大约 0.25 mm的弓形高或顶点深度的微透镜来最小化第一距离24，虽然很多其它弓形高是可能的。可例如使用公式h²/2*R来计算弓形高，其中“h”是高度以及“R”是曲率半径。根据这个实施例，当光学开关14在光束模式中时，大约1 mm的第一距离24最小化光束20的扭曲，虽然很多其它距离是可能的。根据另一实施例，可通过使用双凸透镜阵列来减小第一距离24的宽度，其中弓形高倒塌到具有细沟槽节距的测微水平。

光学开关14可放置在沿着从照明器材10发射的光束20的路径的任何地方。放置将影响双凸透镜调节光束的能力。在一个实施例中，例如光学开关14放置成接近光源12，使得光束20在它们穿过光学开关14时的角度最小，以便当光学开关14在光束模式中时防止光束20的明显扭曲。光束20在它接近光学开关14时的入射角越高，当它穿过光学开关14时扭曲的机会就越大。例如，光学开关14可放置在光学变焦（如果有的话）的前面，其中照明器材10的透镜的直径将最大。

在另一实施例中，双凸透镜16和18保持实质上平行，但双凸透镜16或双凸透镜18之一相对于另一双凸透镜旋转大约90度。在图5中，光学开关14在光束模式中，且双凸透镜16和18的多个微透镜22水平地对齐。然而在图6中，光学透镜16只右到左旋转了大约90度，同时保持这两个双凸透镜实质上平行。双凸透镜16的多个微透镜22现在垂直地对齐。双凸透镜18的多个微透镜22仍然实质上水平地对齐，如由表示具有水平地对齐的多个微透镜22的双凸透镜18的相反面的数字30所示的。在这个配置中，光学开关14在“清洗”中操作。

光学开关14可包括图7所示的旋转机构42，其配置成旋转双凸透镜16和18中的一个或两个。例如，旋转机构42可以只旋转双凸透镜16或可以只旋转双凸透镜18。旋转机构42可以是例如旋转使透镜旋转的轨道的简单的电动机或可以与双凸透镜16和18中的一个或两个直接连通以引起旋转。例如，双凸透镜16和18中的一个或两个的外表面及电动机可包括形成简单的齿轮的啮合齿。旋转可由与电动机直接或间接连通的控制器46控制，且旋转可自动地或响应于刺激（例如定时元件、用户命令或某个其他内部或外部控制信号）来执行。

在图7所示的另一实施例中，双凸透镜18只右到左旋转了大约90度，同时保持这两个双凸透镜实质上平行。双凸透镜18的多个微透镜22现在垂直地对齐。双凸透镜16的多个微透镜22仍然实质上水平地对齐。在这个配置中，光学开关14再次在“清洗模式”中操作。如果双凸透镜16或18从在图6或7中所示的配置旋转了90度，则光学开关将再次在光束模式中。

如图2B所示，在清洗模式中当双凸透镜16和18平行时，但在两个双凸透镜阵列中的多个圆柱形放大双凸透镜22（由线表示）不再在实质上相同的方向上对齐。作为结果，如图8所示，从照明器材10发射的光束20不再不被双凸透镜16和18影响，但现在成一角度。如果一个或多个双凸透镜16和18的光学功率在清洗模式中是弱的，则光束20的这个回旋将很弱。

如果GOBO 26放置在光源10和光学开关14之间，则光和阴影的型式被扭曲或混杂，因为光束20在清洗模式中被光学开关14影响。到达目标28（其可以是光束20被发射于的屏幕、人、空间或任何其它目标）的合成光是模糊的，且因此目标28用光被清洗。根据实施例，光学开关14的光束20在清洗模式中可通过使GOBO散焦而进一步是模糊的或回旋的。可与光学开关14的其它行动分开地或结合光学开关14的其它行动来使GOBO散焦。例如，根据一个实施例，每当双凸透镜16和18没有对齐时，例如当光学开关在清洗模式中时，GOBO被散焦。根据另一实施例，使GOBO独立地散焦以提供与在光束模式和清洗模式之间的切换在功能上分离的另一层。

在一个实施例中，在光束模式中穿过光学开关14的双凸透镜16和18行进的光束20的全发散角可以例如在大约8到40度之间。类似地，在光束模式中穿过光学开关14的双凸透镜16和18行进的光束20的全发散角可以例如在大约15和50度之间。因此，在这个实施例中，在光束模式和清洗模式之间在光束20的发散角中的增加大约是7到10度。根据这个实施例，因此双凸透镜阵列的最佳焦距是大约1/(2*sin(10))或f/2.8。如果在光束模式和清洗模式之间在光束20的发散角中的增加不同或如果光束20的其它特性被期望，其它焦距可以是最佳的。

在一个实施例中，当光学开关14在光束模式中时光束20的光学质量至少部分地取决于光束的全发散角以及光束20的强度。根据在图10A-C中描绘的实施例，其中图10A是低变焦，图10B是中等变焦且图10C是高变焦，光束直径在表1中示出。在这个实施例中，GOBO的焦距大约是f/1.4到f/1.6，且GOBO的直径是大约30 mm。

表1

变焦	焦距(mm)	后焦距 (mm)	光束直径(度)
				低 (图10A)	206	80	8
中 (图10B)	87	67	20
				高 (图10C)	43	58	50

在另一实施例中，双凸透镜16和18的一个或多个微透镜22可被修改以防止或减少当在双凸透镜16和18之间的距离增大时或当存在大入射角时的串扰或其它照明效果。例如，一个或多个微透镜或一个或多个微透镜的一部分可以变暗，或微透镜的透明度可以其它方式减小，以便防止或减小串扰，这可导致更干净的照明效果。基于入射角、所检测的串扰或减小的图像质量或基于光或系统的某个其它特性，微透镜修改可以是自动的。根据另一实施例，微透镜修改可基于到系统内的用户输入。此外，如果激光光源被利用，则散斑抑制可用于提高对比度和/或消除串扰或其它照明效果。

在如在图11和12A-B中描绘的提供另外的照明效果的一些实施例中，在光学开关14中的双凸透镜16和18能够采用又一配置。在光学开关14的这个配置中，双凸透镜16或18远离光学开关中的另一双凸透镜移动，使得在这两个双凸透镜阵列之间的距离（第一距离24）减小。例如，如图11所示，第一距离14从第一距离24a增大到第二和更大的第一距离24b。光学开关14可设计成使得第一距离24手动或自动地被调节。例如，根据一个实施例，当第一距离24增大时，双凸透镜16或18远离另一透镜移动。类似地，当第一距离24减小时，双凸透镜16或18朝着另一透镜移动。这个移动可以自动化的，或可响应于用户命令、定时元件、传感器或其它控件而被执行。例如，移动可由简单的电动机44执行，电动机44旋转轨道并使双凸透镜16或18相对于另一透镜移动，这两个透镜更靠拢在一起并更远离。作为另一例子，双凸透镜16和18中的一个或两个的外表面及电动机44可包括形成简单的齿轮的啮合齿。电动机44可由与电动机直接或间接连通的控制器46控制，且运动可自动地或响应于刺激（例如定时元件、用户命令或某个其他内部或外部控制信号）来执行。

如图12A-B所示，在光学开关14中的分开的双凸透镜充当畸变透镜，其对穿过光学开关的光产生椭圆效应。例如，实质上圆形光束或形状将表现为椭圆，而椭圆度取决于几个因素，包括第一距离24的值和全光束发散度的值（例如低变焦或高变焦）。在其它实施例中，正方形光束或形状将表现为矩形。为了向光学开关14的这个实施例（其中通过增大在透镜之间的第一距离24在穿过光学开关的光上产生椭圆效应）提供进一步的功能，双凸透镜16和18可绕着Z光轴34同时旋转，这导致在近似相同的角度下的光束和因而产生的椭圆旋转。

在如图13、14A和14B中描绘的提供另外的照明效果的其它实施例中，可使用棱镜板40进一步修改照明器材10和/或光学开关14。例如，在一个实施例中，棱镜板40放置在光源12和光学开关14之间的某个地方。棱镜板40引起多个GOBO图像（例如在图14A中示出的多个三角形）的产生。当双凸透镜16和18可绕着Z光轴34同时旋转时，多个GOBO图像在大约相同的角度下旋转。例如，如在图14B中描绘的，三角形随着双凸透镜16和18的旋转、随着由箭头表示的旋转而旋转。除了棱镜板40以外，任何数量的其它光学元件可放置在光源12和光学开关14之间，以便产生各种各样的照明效果。

在如图15中描绘的提供额外的照明效果的另一实施例中，双凸透镜16和/或18中的一个或两个的节距角可被调节，使得这两个透镜不平行。这将导致光束20的扭曲并向光学开关增加进一步的功能。

在一个实施例中，光学开关14包括具有一个或多个部件的控制电路，包括例如可包括处理器和存储器以及通信模块连同其它部件的控制器46。在这个实施例中，光学开关14由单个控制器控制，虽然在其它实施例中，照明器材可具有多个控制器。控制器46b被配置或编程为向光学开关14、双凸透镜16和18和/或光学开关和/或照明器材10的其它部件输出一个或多个信号。例如，控制器46可被编程或配置成产生对旋转机构42的控制信号以在光学开关从光束模式切换到清洗模式时旋转双凸透镜16或18，或反之亦然。控制器46还可被配置或编程为通过移动双凸透镜16和18中的一个或两个来增大和/或减小第一距离24的值。这个移动可以是自动化的或可响应于例如用户命令、定时元件、传感器或其它控件来被执行。控制器46还可被配置或编程为调节或监控照明器材10，包括光源12。控制器46还可被配置或编程为调节或监控在光源12和光学开关14之间的一个或多个其它光学元件。控制器可以是例如使用软件来编程以执行本文讨论的各种功能的处理器，并可结合存储器来被利用。存储器可存储包括用于由处理器执行的一个或多个照明命令或软件程序的数据以及包括双凸透镜16和18中的一个或两个或照明器材10或光学开关14的任何其它元件的运动或调节的各种类型的数据。

虽然在本文描述和示出几个创造性实施例，本领域中的普通技术人员将容易设想用于执行功能和/或得到结果和/或本文所述的一个或多个优点的各种其它系统和/或结构，且每个这样的变化和/或修改被认为在本文所述的创造性实施例的范围内。更一般地，本领域中的技术人员将容易认识到，本文所述的所有参数、尺寸、材料和配置都打算是示例性的，以及实际参数、尺寸、材料和/或配置将取决于创造性教导所适用的一个或多个特定的应用。本领域中的技术人员将认识到或能够使用仅仅常规实验来确定本文所述的特定创造性实施例的很多等效形式。因此应理解，前述实施例仅仅作为例子而提出，以及在所附权利要求及其等效形式的范围内，创造性实施例可以与特别描述和主张的形式不同地被实施。本公开的创造性实施例针对本文所述的每个单独的特征、系统、制品、材料、套件和/或方法。此外，如果这样的特征、系统、制品、材料、套件和/或方法不相互矛盾，则两个或多个这样的特征、系统、制品、材料、套件和/或方法的任何组合被包括在本公开的创造性范围内。

如在本文定义和使用的所有定义应被理解为支配字典定义、在通过引用并入的文档中的定义和/或所定义的术语的普通含义。

如这里在说明书中和在权利要求中使用的不定冠词“a”和“an”应被理解为意指“至少一个”，除非明确地指示相反的情况。

如这里在说明书中和在权利要求中使用的短语“和/或”应被理解为意指这样联合的元件中的“任一个或两个”，即在一些情况下联合地存在而在其它情况下分离地存在的元件。用“和/或”列出的多个元件应以相同的方式被解释，即这样联合的元件的“一个或多个”。除了由“和/或”从句特别标识的元件以外的其它元件可以可选地存在，而不管与特别标识的那些元件有关还是无关。因此，作为非限制性的例子，当结合开放语言（例如“包括（comprising）”）使用时，对“A和/或B”的提及可以在一个实施例中指仅仅A（可选地包括除了B以外的元件）；在另一实施例中指仅仅B（可选地包括除了A以外的元件）；在又一实施例中指A和B（可选地包括其它元件）；等等。

如这里在说明书中和在权利要求中使用的，关于一个或多个元件的列表的短语“至少一个”应被理解为意指选自在元件的列表中的任一个或多个元件的至少一个元件，但不一定包括在元件的列表内具体列出的每个元件中的至少一个，且不排除在元件的列表中的元件的任何组合。这个定义也允许除了在短语“至少一个”所指的元件的列表内具体标识的元件以外的元件可以可选地存在，而不管与具体标识的那些元件有关还是无关。

还应理解，除非明确地指示相反的情况，在包括多于一个步骤或行动的在本文所主张的任何方法中，方法的步骤或行动的顺序不一定限于方法的步骤或行动被记载的顺序。

在权利要求中的括弧之间出现的参考数字（如果有的话）仅仅为了方便而被提供，且不应被解释为以任何方式限制权利要求。

在权利要求中以及在上面的说明书中，所有过渡短语例如“包括（comprising）”、“包括（including）”、“携带”、“具有”、“包含”、“涉及”、“保持”、“由…组成（composed of）”等应被理解为开放的，即意指包括但不限于。只有过渡短语“由…构成（consisting of）”和“基本上由…构成（consisting essentially of）”应分别是封闭的或半封闭的过渡短语，如在美国专利局的专利审查程序手册第2111.03章中阐述的那样。

Claims

1.一种配置成在清洗模式和光束模式之间切换的光学开关（14），所述光学开关包括：

一组两个平行双凸透镜（16、18），其具有实质上相同的焦距，所述组两个平行双凸透镜阵列分开第一距离（24）并配置成采用至少光束配置和清洗配置；

其中在所述光束配置中，所述平行双凸透镜沿着实质上相同轴对齐，使得所述组双凸透镜的光学功率近似为零；以及

其中在所述清洗配置中，所述两个平行双凸透镜中的一个相对于另一平行双凸透镜旋转。

2.如权利要求1所述的光学开关，其中在所述清洗配置中，所述两个平行双凸透镜中的所述一个的旋转的度数在0和90度之间。

3.如权利要求1所述的光学开关，其中在所述清洗配置中，所述两个平行双凸透镜中的所述一个的旋转的度数是大约90度。

4.如权利要求1所述的光学开关，还包括：

旋转机构（42），其中所述旋转机构配置成旋转所述两个平行双凸透镜中的至少一个。

5.如权利要求4所述的光学开关，还包括：

控制器（46），其配置成引导所述旋转机构旋转所述两个平行双凸透镜中的至少一个。

6.如权利要求1所述的光学开关，还包括：

基于LED的光源（12）。

7.如权利要求1所述的光学开关，其中两个平行双凸透镜中的每个包括圆柱形微透镜。

8.如权利要求1所述的光学开关，还包括：

GOBO（26），其配置成将图案应用于从光源发射的光，其中所述GOBO放置在所述光源和所述组两个平行双凸透镜之间。

9.如权利要求1所述的光学开关，其中所述组两个平行双凸透镜进一步配置成采用畸变配置，其中在所述畸变配置中，所述第一距离增大。

10.如权利要求9所述的光学开关，还包括：

电动机（44），其配置成增大并减小所述第一距离；以及

控制器（46），其与所述电动机通信并被编程或配置成引导所述电动机增大或减小所述第一距离。

11.如权利要求1所述的光学开关，还包括放置在光源和所述组两个平行双凸透镜之间的棱镜板（40）。

12.一种照明器材（10），包括：

光源（12）；以及

自动光学开关（14），其位于所述光源和光照目标之间，其中所述自动光学开关配置成在清洗模式和光束模式之间切换，以及此外其中所述自动光学开关包括具有实质上相同的焦距的一组两个平行双凸透镜（16、18），所述组两个平行双凸透镜阵列分开第一距离（24）并配置成采用至少光束配置和清洗配置；

13.如权利要求12所述的照明器材，其中在所述清洗配置中，所述两个平行双凸透镜中的所述一个的旋转的度数在0和90度之间。

14.如权利要求12所述的照明器材，其中在所述清洗配置中，所述两个平行双凸透镜中的所述一个的旋转的度数是大约90度。

15.如权利要求12所述的照明器材，其中所述光源是基于LED的光源。

16.如权利要求12所述的照明器材，还包括：

旋转机构（42），其中所述旋转机构配置成旋转所述两个平行双凸透镜中的至少一个；以及

17.如权利要求12所述的照明器材，其中两个平行双凸透镜中的每个包括多个圆柱形微透镜。

18.如权利要求12所述的照明器材，还包括：

19.如权利要求12所述的照明器材，其中所述组两个平行双凸透镜进一步配置成采用畸变配置，其中在所述畸变配置中，所述第一距离增大。

20.如权利要求12所述的照明器材，还包括：

电动机（44），其配置成增大并减小所述第一距离；以及

控制器（46），其与所述电动机连通并被编程或配置成引导所述电动机增大或减小所述第一距离。

21.如权利要求12所述的照明器材，还包括放置在所述光源和所述组两个平行双凸透镜之间的棱镜板（40）。

22.一种配置成在清洗模式和光束模式之间切换的光学开关（14），所述光学开关包括：

一组两个双凸透镜（16、18），其具有实质上相同的焦距，所述组两个双凸透镜阵列分开第一距离（24）并配置成采用至少光束配置、清洗配置和扭曲配置；

其中在所述光束配置中，所述两个双凸透镜实质上是平行的并验沿着实质上相同轴对齐，使得所述组两个双凸透镜的光学功率近似为零；

其中在所述清洗配置中，所述两个双凸透镜实质上是平行的，且所述两个平行双凸透镜中的一个相对于另一平行双凸透镜旋转；以及

其中在所述扭曲配置中，所述两个双凸透镜之一的节距被调节，使得所述两个双凸透镜不是平行的。