CN110274200A - 用于led照明装置的准直和均匀化系统 - Google Patents

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Abstract

公开了一种LED光源自动照明装置，该装置具有一个有多个边的细长的光准直器/混合器/积分器，其具有接收透镜和输出透镜，这两者都具有泄露防护部件，其中接收部泄露防护部件嵌套在输出部泄露防护部件内。所述细长的积分器具有方形的输入截面和六边形或八边形的输出截面，并逐渐变细使得输入截面小于输出截面。

Description

用于LED照明装置的准直和均匀化系统
本申请是申请日为2014年10月1日、申请号为CN201480065736.5(国际申请号为PCT/US2014/058682)、名称为“用于LED照明装置的准直和均匀化系统”的专利申请的分案申请。
相关申请
尽管是临时申请，本申请为2013年6月3日所提交的申请号为13908997的美国专利申请的继续，申请号为13908997的美国专利申请要求于2012年6月3日提交的申请号为61654929的美国临时专利申请的优先权。
技术领域
本发明大体上涉及一种用于在LED阵列被用于光束产生照明装置中时控制从LED阵列输出的光的方法，具体地，涉及一种与改进LED的均匀化和准直有关且用于控制阵列的光束角的方法。
背景技术
具有自动和可远程控制的功能的照明装置是娱乐活动和建筑照明市场中公知的。此类产品通常用于剧院、电视演播室、音乐会，主题公园、夜总会及其它会场。典型的产品通常通过照明装置的平移和倾斜功能来提供控制，允许操作者控制照明装置的瞄准方向，并由此控制光束在舞台上或演播室中的位置。通常，这种位置控制是通过控制照明装置在两个正交的旋转轴线上的位置(经常称为水平旋转和俯仰)来实现的。很多产品通过其他参数(例如强度、颜色、聚焦、光束尺寸、光束形状和光束模式)来提供控制。另外，在此类照明装置中利用高功率LED作为光源正变得很常见，并且对于颜色控制，使用不同颜色的LED阵列很常见。例如，一种常见的布局是混合使用红色LED、绿色LED和蓝色LED。这种布局允许使用者通过将这三种颜色进行适当程度的混合创造出他们想要的颜色。例如，使红色LED和绿色LED照亮同时使蓝色LED处在熄灭状态，结果将是黄色的输出。类似地，红色和蓝色的混合结果将是洋红色以及蓝色和绿色的混合结果将是青色。通过对LED控制进行明智地控制，在由阵列中的LED颜色设置的色域内，使用者可以获得他们想要的任何颜色。还可以使用三种以上的颜色，并且众所周知的是，将琥珀色LED或白色LED加到红色、绿色和蓝色可以增强颜色混合并增加可供选择的色域。由罗布显示照明(Robe Show Lighting)制造的产品(例如Robin 600LEDWash)在该行业很典型。
不同颜色的LED晶片可以排列在照明装置中的封装上，这样使得在每种颜色的LED之间存在物理分隔，这种分隔(与针对每种颜色的晶片大小的差异相关联)会影响个别颜色的传播，并导致不同颜色不充分的混合(伴随有令人反感的溢散光)和组合的混合颜色输出光束的彩色边纹。虽然在每个LED封装的前面使用透镜或其它光学设备来控制输出光束的光束形状和角度很常见，但是这些光学设备对于不同颜色具有不同的效果，并且在输出光束中彩色边纹和其它像差是可见的。有利的是，具有一种系统，在该系统中杂散光和像差被很好地控制。
图1示出了现有技术的系统，该系统展示了如照明装置所使用的许多封装那样的封装中的两个LED。LED 2和LED 4可以是不同颜色的，以及由于LED晶片2、LED晶片4的不同光学特性和结构，LED晶片2和LED晶片4产生的光束6和光束8在光束传播中是有差别的。不同的光束传播意味着来自LED 2和LED 4的光束将以如下方式作用在被照亮的物体18上：物体的区域20和区域16仅被单个LED照亮而不是被所期望的两个LED混合照亮。这导致区域120和区域16的着色与中央混合区域不同，并作为彩色边纹出现。为了清楚和简明，在图1中仅示出了两个(2)LED。应该认识到相同的问题也存在于包含有两种以上颜色的LED的系统中。
图2示出了典型的多参数自动LED照明装置系统10。这些系统通常包括多个多参数自动照明装置12，在每个自动照明装置上通常包括机载LED阵列、控制电子器件(未示出)和耦合到机械驱动系统的电动机。除了直接或经由配电系统(未示出)连接至主电源，每个照明装置还与数据链路14串联或并联，连接至一个或多个控制台15。照明系统10通常由操作者经由控制台15进行控制。所以，为了使控制生效，控制台10和个体照明装置通常包括电子电路作为机电控制系统的一部分，用于控制自动照明参数。
图3和图4示出了在现有技术中使用的光学系统，来为自动LDE照明装置提供可变的光束角或者变焦。每个LED 50被提供有主镜片52，具有透镜53和透镜55关联对。透镜53和透镜55可以是独立的透镜，或者是覆盖整个LED阵列的一排透镜的每个部分。透镜53和透镜55分别包括单个的光学元件56和光学元件57。操作中，透镜53或透镜55中的至少一个透镜相对于LED 50静止，而另一个透镜可以沿着光轴59移动。在图3和图4的示例中，透镜55相对于LED 50是固定的，而透镜53能够沿着光轴59移动。图3示出透镜53在第一位置以及图4示出透镜53在靠近LED 50的第二位置。LED 50、透镜53和透镜55之间的这种变化的相对位置为来自LED 50的光束提供了光束角或变焦。这类系统在它们的变焦范围上受到由颜色分隔和不充分的光束均匀化引起的光学问题的限制。它们进一步受到需要透镜进行大幅移动的限制。
需要一种用于LED自动照明装置的光学系统，其在提供了改进的颜色均匀化和光束准直的同时还提供了增加的变焦范围。
附图说明
为了更完整的理解本发明及其优点，参考下面结合附图所作的描述，在附图中相同的附图标记指示相同的特征，其中：
图1示出现有技术的LED照明系统；
图2示出典型的自动照明装置；
图3示出现有技术LED照明装置的光学部件；
图4示出现有技术LED照明装置的光学部件；
图5示出LED照明装置实施方案的光学部件；
图6示出图5的准直混合镜片80和LED 60的前视图；
图7示出图5的光积分器102的前视图；
图8示出在图5中所示的实施方案的进一步实施方案；
图9示出LED照明装置的可替换实施方案；
图10示出图5的准直混合镜片80和LED 60的前视图；
图11示出图5的光积分器102的前视图；
图12示出在图5中所示的实施方案的进一步实施方案；
图13示出在图5中所示的LED照明装置的可替换实施方案；
图14示出在图9中所示的LED照明装置的可替换实施方案；
图15示出含有光泄露减少元件的LED照明装置的可替换实施方案；
图16示出光学元件的可替换实施方案；
图17示出光学元件的可替换实施方案；
图18示出光积分器的实施方案；
图19示出光积分器的可替换实施方案；
图20示出装配有遮挡或图案轮的光积分器的实施方案；
图21示出装配有遮挡或图案轮的光积分器的可替换实施方案；
图22示出装配有遮挡或图案轮的光积分器的可替换实施方案；
图23示出装配有遮挡或图案轮的光积分器的实施方案；
图24示出装配有静态遮挡或图案轮和旋转的遮挡或图案轮的光积分器的实施方案；
图25示出全静态遮挡轮的实施例；
图26示出全旋转遮挡轮的实施例；
图27示出全静态遮挡轮的可替换实施例；
图28示出局部静态遮挡轮的实施例；
图29示出本发明的光积分器阵列的实施方案，其中每个都装配有局部遮挡轮；
图30示出装配有静态遮挡或图案轮，和旋转遮挡或图案轮的光积分器的可替换实施方案；以及
图31示出装配有静态遮挡或图案轮，和旋转遮挡或图案轮的光积分器的可替换实施方案。
具体实施方式
图中示出了本发明的优选实施方案，相同的附图标记用来标记不同附图中的相同和相应的部分。
本发明大体上涉及一种在LED阵列被控制用于光束产生照明装置中时控制从LED阵列输出的光的方法，具体地，涉及一种与改进LED的均匀化和准直有关且用于控制阵列的光束角的方法。
图5示出了本发明光学系统100的一个实施方案。LED 60(其可以包括主镜片)被安装在衬底62上。LED 60可以包含单色晶片或者可以包含多个晶片，其中每个晶片可以是不同颜色的。从LED 60的晶片中输出的光在光入口82进入准直混合镜片80。准直混合镜片80可以是使用全内反射(TIR)来引导光的实心镜片，或者可以是空心的反射表面。准直混合镜片80可以具有4个侧面86，其中每个侧面可以是具有转角边92的曲面。图6中的准直混合镜片80的端视图与图5中的准直混合镜片80的侧面图相结合，详细图解了这种形状的实施方案。方形侧面的形状与弯曲侧面的组合提供了对来自LED 60的晶片64的光的极好混合。准直混合镜片80的进一步特征是将反射光引向外部焦点，该外部焦点比较接近准直混合镜片80的输出口84。
在图6示出的实施方案中，LED 60中的多个LED晶片64的布局是方形的并且与准直器80的侧面86对齐。在其它实施方案中，晶片与准直器的侧面可以是不对齐的，例如如图10所示。在图6和图10所示的可替换实施方案中，准直器可以具有三个侧面或者多于四个的侧面。在进一步的实施方案中，LED阵列中晶片的布置(arraignment)可以设置成不同的形状并且与具有匹配形状或相异形状的准直器配成对。
在不同的实施方案中，侧面86的曲率度数可以有所改变——对于一些布局来说更平而对于其它布局来说更加弯曲。另外，侧面之间的转角92的锐度在不同的准直器中可以有所改变——对于一些布局来说更尖而对于其它布局来说更圆。针对特定布局或应用，对侧面的数目、侧面的曲率以及转角的曲率的选择在所期望的混合程度和可接受的光损失之间进行权衡。
在图5所示的实施方案中，反射光在口84离开准直混合镜片80并在光积分器镜片102的入口106进入光积分器镜片102。光积分器102是利用内反射对来自准直混合镜片80的光进行收集、均匀化、抑制和传导的一种设备。光积分器102可以是具有反射内表面的空心管，如此使得冲进入口的光可以在从出口108离开之前沿着管被多次反射。光积分器可以是方形管、六边形的管、七边形的管、八边形的管、圆形管或者任何其它截面的管。在进一步的实施方案中，光积分器可以是由玻璃、透明塑料或其它光学透明材料构造的实心杆，其中入射光束在杆内的反射是由于在杆的材料和周围空气之间的界面发生的全内反射(TIR)。积分杆可以是方形杆、六边形的杆、七边形的杆、八边形的杆、圆形杆或者任何其它截面的杆。如图5所见(从图7更容易看出)，具有多边形截面的积分器实施方案具有反射侧面110和反射侧面之间的转角112，图5包括了积分器102的侧截面视图，图7是积分器102的出口的前视图。
在又一个实施方案中，光积分器102可以在入口具有直边方形截面以及在出口具有多于四个边的直边多边形截面。出口可以是五边形，六边形，七边形，八边形，或有任何其他积分数个的边。
光积分器102包括空心管或实心杆，其中杆或管的侧面基本上是平行的并且入孔106和出孔108有相同的尺寸，光积分器102的特征是在出口108离开积分器102的光的发散角与在入口106进入积分器102的光的发散角是相同的。因此，有平行侧面的积分器102对光束发散没有影响，并将准直混合镜片80在其出孔84处的焦点位置转移到积分器102的出孔108。离开积分器102的光将被很好地均匀化(并且LED 60的所有颜色混合在一起形成单一颜色的光束)并可以作为我们的输出，或者可以通过下游光学系统进一步进行修正。
有利地，积分器102可以具有其长度远大于其直径的纵横比。长度和直径之间的比例越大，产生的混合和均匀化将越好。积分器102可以装在管或套筒104内，管或套筒针对损坏、刮痕和灰尘提供了机械保护。
图8示出了本发明进一步的实施方案(系统101)。元件LED 60、衬底62、准直混合镜片80和积分器102如上文对图5、图6和图7的描述。在这个实施方案中，从积分器102离开的均匀化和聚焦的光被引导穿过透镜系统120和122。透镜120和透镜122可以沿着光轴独立地移动(124和126)以便对光束提供光束角控制。因为准直混合镜片80的焦点是短的，所以透镜120和透镜122的小幅运动可引起光束角的大幅改变。在一个实施方案中，透镜120和/或透镜122的位置移动10mm可以引起光束角从5°到50°的改变。由此为自动LED照明装置提供改进的可变的光束角或变焦。
在进一步的实施方案中，透镜120和透镜122可以形成消色差光学系统，如此使其像对短波长的蓝光一样为长波长的红光提供相同角度的光束角变化，由此避免色差。这保证了来自LED 60的不同颜色的晶片64的所有光束是相同尺寸，从而产生均匀地颜色组合光束。还有进一步的实施方案中，任何数量的透镜都可以用作透镜系统。就所有情况而言，透镜可以包含一个或多个光学元件。虽然在此将透镜120和透镜1222示为双凸透镜，但是本发明不限于此，透镜120和透镜122可以是本领域中已知的任何形状的光学元件。
图9示出本发明光学系统的实施方案(系统200)。LED 60(可以包括主镜片)被安装在衬底62上。LED 60可以包含单色晶片64或者可以包含多个晶片64，其中每个晶片可以是不同颜色的。从LED 60的晶片64中输出的光在入口106进入光积分器镜片102。光积分器102可以与图5示出的实施方案中有相同的结构和布局。光积分器102是利用内反射对光进行收集、使光均匀化、对光进行抑制并将光传导到准直混合镜片80的入口82的一种设备。光积分器102可以是具有反射内表面的空心管，如此使得冲进入口106的光可以在从出口108离开之前沿着管被多次反射。光积分器102可以是方形管、六边形的管、七边形的管、八边形的管、圆形管或者任何其它截面的管。在进一步的实施方案中，光积分器102可以是由玻璃、透明塑料或其它光学透明材料构造的实心杆，其中入射光束在杆内的反射是由于在杆的材料和周围空气之间的界面发生的全内反射(TIR)。积分杆可以是方形杆、六边形的杆、七边形的杆、八边形的杆、圆形杆或者任何其它截面的杆。
光积分器102包括空心管或实心杆，其中杆或管的侧面基本上是平行的并且入孔106和出孔108有相同的尺寸，光积分器102的特征是离开积分器102出口108的光的发散角与来自LED 60在入口106进入积分器102的光的发散角是相同的。因此有平行侧面的积分器102对光束发散没有影响，并将来自LED 60的光传输到其出孔108。离开积分器102的光将被很好地均匀化，并且LED 60的所有颜色混合在一起形成单一颜色的光束。
有利地，积分器102可以具有其长度远大于其直径的纵横比。长度和直径之间的比例越大，产生的混合和均匀化将越好。积分器102可以装在管或套筒104内，管或套筒针对损坏、刮痕和灰尘提供了机械保护。
在出口108离开积分器102的光在准直混合镜片80的入口82进入准直混合镜片80。准直混合镜片80可以与图5示出的实施方案中的准直混合镜片有相同的结构和布局。准直混合镜片80可以是使用全内反射(TIR)来控制光方向的实心镜片，或者可以是空心的反射表面。准直混合镜片80可以具有4个侧面，其中每个侧面是弯曲的。包括在图9的准直混合镜片80的侧视图和在图10的准直混合镜片80的端视图示出了这个形状的细节。方形侧面的形状与弯曲侧面的组合提供了在由积分器进行均匀化的同时对来自LED 60的晶片64的光进行进一步混合。准直混合镜片80的进一步特征是将反射光引向外部焦点，该外部焦点比较接近准直混合镜片80的输出面。
在图9所示的实施方案中，反射光在出口84离开准直混合镜片80并可以作为我们的输出，或者可以通过下游光学系统进一步进行修正。
图12示出本发明的进一步实施方案(系统202)。元件LED 60、衬底62、准直混合镜片80和积分器102可以如上所述。在这个实施方案中，从准直混合镜片80离开的均匀化和聚焦的光被引导穿过透镜系统120和122。透镜120和透镜122可以沿着光轴独立地移动以便对离开的光束提供光束角控制。因为准直混合镜片80的焦点是短的，所以透镜120和透镜122的小幅运动可引起光束角的大幅改变。在一个实施方案中，透镜120和/或透镜122的位置移动10mm可以引起光束角从5°到50°的改变。由此为自动LED照明装置提供改进的可变的光束角或变焦。
在进一步的实施方案中，透镜120和透镜122可以形成消色差光学系统，如此使其像对短波长的蓝光一样为长波长的红光提供相同角度的光束角变化，由此避免色差。这保证了来自LED 60的不同颜色的LED晶片的所有光束是相同尺寸，从而产生均匀地颜色组合光束。还有进一步的实施方案中，任何数量的透镜都可以用作透镜系统。就所有情况而言，透镜可以包含一个或多个光学元件。虽然在此将透镜120和透镜122示为双凸透镜，但是本发明不限于此，透镜120和透镜122可以是本领域中已知的任何形状的光学元件以及可以包括任何数量的透镜，任何数量的透镜包括单透镜。这应用到上文讨论的任意实施方案中。
图13和图14示出LED照明装置的其它可替换的实施方案(分别为系统103和204)。在这两个实施方案中，光积分器102(无论是实心的还是空心的)具有逐渐变细的侧面110，使得入孔106比出孔108要小。这种结构的优点是在出口108离开积分器102的光的发散角将会小于在入口106进入积分器102的光的发散角。来自较大的孔中的更小的发散角的组合有助于保持系统的展度(etendue)。由此锥形积分器102可以为聚光光学系统提供相似的功能。因此，关于具有非锥形的积分器的实施方案，一些实施方案可以不包括如上文讨论的光学元件120和122，而其它实施方案可以包括如上文讨论的这些元件。
图15示出了LED照明装置的又一个替换实施方案。在该实施方案中，所述光积分器102(无论它是实心的或空心的，或者，具有任意多个边，或者具有方形的入口106和多边形出口108)具有侧面110，所述侧面逐渐变细，使得入口孔106小于出口108。这种结构的优点是在出口108离开积分器102的光的发散角将会小于在入口106进入积分器102的光的发散角。来自较大的孔中的更小的发散角的组合有助于保持系统的展度。由此锥形积分器102可以为聚光光学系统提供相似的功能。因此，一些实施方案可以不包括如上文讨论的光学元件120和122，而其他实施方案可以包括如上所述的这类元件(对于那些没有逐渐变细的积分器的实施方案而言)。此外，可替换地，该实施方案可以利用透镜130和132作为光学元件，来提供前述聚光、光束角控制和聚焦功能，作为之前实施方案中的准直和混合光学元件的替代。透镜130和132可以是弯月透镜，平凸透镜，双凸透镜或现有技术已经知晓的其它透镜。在所示的实施方案中，透镜130是平凸透镜，透镜132是弯月透镜。
图15还示出了可选的泄露减少元件131和133。泄露减少元件131和133可以包括空心的不透明的薄壁的管，其被附接至光学元件130和132或者随光学元件130和132一起移动。这些管减少从出口108泄露的光，泄露的光可能作用到相邻的光积分器和它们的相关联的光学系统上。泄露减少元件131可以比泄露减少元件133具有更小的直径，使得光学元件130和其附接的泄露减少元件131可以在泄露减少元件133中移动，从而使得光学元件130和132可以移动成相邻的。可以再增加一个外部的泄露减少元件135到透镜132，使其与透镜132一起移动。透镜130可以如箭头134所示地移动，透镜132可以如箭头136所示地移动。这种移动允许改变聚焦长度，以及因此改变输出光束的光束角。透镜130和132可以作为一对通过单个触动器一起移动，或者在又一个实施方案中，可以随着各自的触动器独立地移动。
图16示出系统的前光学元件的布局的可替换的实施方案。在例如图15中，存在一个前光学元件132，该前光学元件132构成系统的最终的输出透镜。图16示出了四个图15中所示的系统204的前视图，其中所述系统布置成方形阵列。在该实施方案中，图16中的四个光学元件162、164、166和168每个都代表了图15中的元件132的一个相同的实施例。光学元件162被构造成更大的象限形结构172的一部分。包括光学元件162的结构172可以由单片玻璃或光学塑料模制而成。类似地，光学元件164被并入作为象限176的一部分，光学元件168被并入作为象限178的一部分。将光学元件并入象限提供了两个理想的结果。第一，四个模块可以被放置在一个方形阵列中，而从前面来看又呈现为一个未断裂的干净的外观，其中四个象限连接以提供完整的圆。第二，余下的光学模块泄露的光将在光学元件之外的象限的区域内分散和消失，在光学元件之间提供引人的光辉。
图17示出了系统的前光学元件的布局的又一个可替换实施方案。在例如图15中，存在一个前光学元件132，该前光学元件132构成系统的最终的输出透镜。图16示出了四个图15中所示的系统204的前视图，其中所述系统布置成方形阵列。在该实施方案中，图17中四个光学元件182、184、186和188每个都代表了图15中元件132的一个相同的实施例，其被模制在一个象限形形状中。将光学元件布置成象限形提供了两个理想的结果。第一，四个模块可以被放置在一个方形阵列中，而从前面来看又呈现为一个未断裂的干净的外观，其中四个象限连接以提供完整的圆。第二，余下的光学模块泄露的光将在光学元件之外的象限的区域内分散和消失，在光学元件之间提供引人的光辉。
图18示出了本发明的光积分器104a的实施方案。在该实施方案中，入口106a截面是方形的，出口108a的截面是六边形的。
图19示出本发明的光积分器104b的可替换的实施方案。在该实施方案中，入口106b截面是方形的，出口108b的截面是八边形的。
在图20、21、22和23所示的实施方案中，光学系统进一步装配有遮挡轮系统150。遮挡轮系统150包含一些将可控制地遮挡从口84离开的光的图案和图像。这些图像将被下游的光学元件投射，以形成一个投射光束图案。遮挡轮系统后的透镜系统可以是一个变焦透镜系统120和122，如图20所示，或者可以是任何其他现有技术中已知的投射透镜系统。遮挡轮154可以通过马达152和轴153旋转，以便选取不同的遮挡图案使其位于出口84之前。遮挡轮系统150可以包括静态遮挡轮，旋转遮挡轮，或两者。静态遮挡轮或旋转遮挡轮均可以是一个全轮或是一个局部轮。
图24示出了一个全静态遮挡轮和一个全旋转遮挡轮，它们被装配至本发明的一个实施方案中。遮挡轮163可以通过马达164旋转，以便选取不同的遮挡图案使其位于出口108之前。在再一个实施方案中，各遮挡轮可以通过附加的马达进一步围绕它们自身的轴线旋转，以提供移动的旋转图像。这种旋转遮挡轮在现有技术中是为人熟知的。旋转遮挡轮165是这一类实施方案中的一个实施例。旋转遮挡轮165可以通过马达166被旋转，以便选取不同的遮挡图案168使其位于出口108之前。接着可以通过马达167使遮挡图案168围绕系统的光学轴线旋转。
图25更为具体地示出了又一个本发明实施方案中的遮挡轮163。遮挡轮163包含多个图案，所述图案例如包括172、173、174、176和178，它们可以通过围绕马达164的旋转，被移动跨过光积分器的出口的前面或位于其前面。图26更为具体地示出了又一个本发明实施方案中的遮挡轮165。遮挡轮165包含多个图案，所述图案例如包括182，其可以通过围绕马达166的旋转，被移动跨过光积分器的出口的前面和位于其前面。接着可以通过马达167使遮挡图案168围绕系统的光学轴线旋转。图27更为具体地示出了又一个本发明实施方案中的遮挡轮150。遮挡轮150包含多个图案，所述图案例如包括172、173、174、176和178，它们可以通过围绕马达164的旋转，被移动跨过光积分器的出口的前面或位于其前面。
在又一个实施方案中，遮挡轮可以不是一个完整的如图27所示的圆形的盘，而是可以是盘的一部分，或者是一个三角，以节约空间和提供更为有限个数的遮挡选择。图28示出了局部遮挡轮的一个实施方案，其中遮挡轮154是一个包含三个遮挡部182、184和186的圆的一个象限。这种具有局部轮的布置有利于图29所示的这类实施方案，其中多个光积分器被用于单个照明装置中。这些光积分器中的每一个可以被装配一个独立的遮挡系统150，所有或其中的任何一个可以单独地或协同地被控制。利用局部轮154可以允许光积分器和光学系统有更为紧凑的封装密度，而不存在相邻轮之间的干扰。在所示的实施例中，九个光积分器和相关的遮挡系统150被用于一个圆形的布置中。然而，本发明并不限于此，任何数量个积分器，任何布置，都可以加以利用，这些不脱离本发明的精神实质。此外，不一定每个光积分器都必须装配有遮挡系统；实施方案可以被构造成，使得其中一部分光积分器被装配有遮挡系统，而一部分则没有。
图30示出了如遮挡系统150般被装配至又一个本发明的实施方案的全静态遮挡轮和全旋转遮挡轮。遮挡轮163可以通过马达164旋转，以便选取不同的遮挡图案使其位于出口84的前面。在又一个实施方案中，各遮挡图案可以通过附加的马达进一步围绕它们的轴线旋转，以提供移动的旋转图像。这种旋转遮挡轮在现有技术中是为人熟知的。旋转遮挡轮165是这一类实施方案中的一个实施例。旋转遮挡轮165可以通过马达166被旋转，以便选取不同的遮挡图案168使其位于出口108之前。接着可以通过马达167使遮挡图案168围绕系统的光学轴线旋转。
图31示出了如遮挡系统150般被装配至本发明的一个优选实施方案的全静态遮挡轮和全旋转遮挡轮。遮挡轮163可以通过马达164旋转，以便选取不同的遮挡图案使其位于出口108的前面。在又一个实施方案中，各遮挡图案可以通过附加的马达进一步围绕它们的轴线旋转，以提供移动的旋转图像。这种旋转遮挡轮在现有技术中是为人熟知的。旋转遮挡轮165是这一类实施方案中的一个实施例。旋转遮挡轮165可以通过马达166被旋转，以便选取不同的遮挡图案168使其位于出口108之前。接着可以通过马达167使遮挡图案168围绕系统的光学轴线旋转。
在所有实施方案中，全静态遮挡轮和全旋转遮挡轮可以是任何形状的，或者可以包括有色图像或透明的。此外，可以使用诸如棱镜、双凸透镜状的透镜或碎玻璃，这些不脱离本发明的精神实质。例如，使用双凸透镜状的透镜可以从每个光积分器提供椭圆形光束，旋转双凸透镜状透镜可以围绕其光学轴线旋转椭圆形光束。协同或独立旋转具有多个光积分器(如图29所示)的照明装置上的这种双凸透镜状透镜可以为操作者提供新的动态的光照效果。
虽然本公开已经就有限数量的实施方案进行了描述，但得益于本公开的本领域技术人员将意识到可以想到其它实施方案，这些实施方案不偏离在此所公开的公开内容的范围。对本公开已经进行了详细描述，应当理解的是，在不偏离本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开进行各种改变、替换和改动。

Claims (20)

1.一种自动照明装置，所述自动照明装置包括：
光源，包括：
多个发光二极管(LED)源，每个LED源被配置为发射不同颜色的光；以及
光积分器，所述光积分器与所述多个LED源光学地耦合，并且被配置为使所述LED源发射的光的颜色均匀化；
遮挡载体，所述遮挡载体与所述光源光学地耦合，其中所述遮挡载体包括多个遮挡图案，其中所述遮挡载体被配置为电致动，以将从所述多个遮挡图案中选择的一个遮挡图案移动到从所述光源发射的光束中；
接收透镜组件，所述接收透镜组件与所述遮挡载体光学地耦合，所述接收透镜组件包括接收透镜和第一泄露防护部件，其中所述第一泄露防护部件围绕所述遮挡载体和所述光积分器的至少部分延伸；以及
输出透镜组件，所述输出透镜组件与所述接收透镜光学地耦合，所述输出透镜组件包括输出透镜和第二泄露防护部件，其中所述第二泄露防护部件围绕所述接收透镜和所述第一泄露防护部件的至少部分延伸，
其中所述接收透镜组件与所述输出透镜组件中的一个被配置为电致动，以通过沿着所述光源的光轴线移动来控制从所述输出透镜发射的光束的光束角，其中所述接收透镜组件和所述输出透镜组件中的一个的透镜与泄露防护部件机械地耦合并且一起移动。
2.根据权利要求1所述的自动照明装置，其中所述光积分器包括输入口和输出口，所述输入口具有方形截面，所述输出口具有六边形截面。
3.根据权利要求1所述的自动照明装置，其中所述光积分器具有实心杆，在所述杆内部由所述LED源发射的光的反射是由于全内反射(TIR)。
4.根据权利要求1所述的自动照明装置，其中所述光积分器包括输入口和输出口，所述输入口具有比所述输出口更小的尺寸，其中所述光积分器在尺寸上从所述输入口到所述输出口逐渐变细。
5.根据权利要求1所述的自动照明装置，其中所述遮挡载体包括盘的部分。
6.根据权利要求1所述的自动照明装置，其中所述遮挡载体为第一遮挡载体，所述自动照明装置还包括第二遮挡载体，所述第二遮挡载体与所述第一遮挡载体及所述接收透镜组件光学地耦合，其中
所述第一泄露防护部件围绕所述第二遮挡载体的至少部分延伸，并且所述第一遮挡载体包括静态遮挡图案，所述第二遮挡载体包括旋转遮挡图案。
7.根据权利要求1所述的自动照明装置，所述自动照明装置包括多个光源以及相应的多个接收透镜组件，其中所述多个接收透镜组件中的至少一个的第一泄露防护部件被配置为减少从与其相关联的光源到相邻光源以及相关联的光元件的光泄露。
8.根据权利要求7所述的自动照明装置，所述自动照明装置包括与所述多个光源对应的多个输出透镜组件，其中所述多个输出透镜组件包括单个光学元件。
9.根据权利要求7所述的自动照明装置，所述自动照明装置包括与所述多个光源对应的多个遮挡载体，其中所述多个遮挡载体中的至少一个遮挡载体被配置为独立于其他遮挡载体地电致动。
10.根据权利要求1所述的自动照明装置，所述自动照明装置还包括电子电路，所述电子电路被配置为独立地控制所述多个LED源中的每一个的亮度。
11.根据权利要求1所述的自动照明装置，所述自动照明装置还包括电子电路，所述电子电路被配置为独立地电致动所述遮挡载体与所述接收透镜组件和所述输出透镜组件中的一个。
12.根据权利要求11所述的自动照明装置，所述自动照明装置还包括第一机电驱动系统和第二机电驱动系统，所述第一机电驱动系统和所述第二机电驱动系统被配置为关于相应的第一正交轴线和第二正交轴线旋转所述自动照明装置，其中所述电子电路被配置为响应于经由数据链路接收的信号操作所述第一机电驱动系统和所述第二机电驱动系统。
13.一种自动照明装置，包括：
第一多个光源，每个光源包括：
多个发光二极管(LED)源，每个LED源被配置为发射不同颜色的光；以及
光积分器，所述光积分器与所述多个LED源光学地耦合，并且被配置为均匀化由所述LED源发射的光的颜色；
遮挡载体，所述遮挡载体与所述多个光源光学地耦合，其中所述遮挡载体包括第二多个遮挡轮，所述遮挡轮的数量小于或者等于光源的数量，并且其中所述第二多个遮挡轮中的每一个与所述第一多个光源中相关联的一个光学地耦合，并且所述遮挡载体被配置为电致动，以将所述第二多个遮挡轮中的至少一个移动到从与其相关联的光源发射的光束中；
第三多个接收透镜，每个接收透镜经由所述遮挡载体与所述第一多个光源中相应的一个光学地耦合；以及
第四多个输出透镜组件，每个输出透镜组件与所述第三多个接收透镜中相应的一个光学地耦合，每个输出透镜组件包括输出透镜以及与所述输出透镜机械地耦合的泄露防护部件，其中所述泄露防护部件围绕与其相关联的接收透镜的至少部分延伸，
其中所述第三多个接收透镜和所述第四多个输出透镜组件中的一个被配置为被电致动，以通过沿着与它们相关联的光源的光轴线移动来独立地控制从所述第四多个输出透镜中发射的光束的光束角。
14.根据权利要求13所述的自动照明装置，其中所述第一多个光源中的至少一个光积分器包括输入口和输出口，所述输出口具有方形截面，所述输出口具有六边形截面。
15.根据权利要求13所述的自动照明装置，其中所述第一多个光源中的至少一个光积分器包括实心杆，在所述杆内部由所述LED源发射的光的反射是由于全内反射(TIR)。
16.根据权利要求13所述的自动照明装置，其中所述第一多个光源中的至少一个光积分器包括输入口和输出口，所述输入口具有比所述输出口更小的尺寸，其中所述光积分器在尺寸上从所述输入口向所述输出口逐渐变细。
17.根据权利要求13所述的自动照明装置，其中所述第二多个遮挡轮中的至少一个遮挡轮包括盘的部分。
18.根据权利要求13所述的自动照明装置，其中所述第一多个光源的光轴线平行，其中所述第四多个输出透镜组件包括单个光学元件，其中所述单个光学元件被配置为电致动，以通过沿着平行于所述第一多个光源的光轴线移动来控制从所述第四多个输出透镜中发射的光束的光束角。
19.根据权利要求13所述的自动照明装置，所述自动照明装置还包括电子电路，所述电子电路被配置为独立地控制所述第一多个光源中的至少一个的所述多个LED源中的每一个的亮度。
20.根据权利要求13所述的自动照明装置，所述自动照明装置还包括电子电路，所述电子电路被配置为独立地电致动所述遮挡载体与所述第三多个接收透镜和所述第四多个输出透镜组件中的一个。
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