CN111750322A - 具有集成颜色系统的led光引擎 - Google Patents

具有集成颜色系统的led光引擎 Download PDF

Info

Publication number
CN111750322A
CN111750322A CN202010228939.9A CN202010228939A CN111750322A CN 111750322 A CN111750322 A CN 111750322A CN 202010228939 A CN202010228939 A CN 202010228939A CN 111750322 A CN111750322 A CN 111750322A
Authority
CN
China
Prior art keywords
led
lens array
lens
light
light beams
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010228939.9A
Other languages
English (en)
Inventor
T·大卫
J·维利姆
P·朱瑞克
J·瓦尔察
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robe Lighting sro
Original Assignee
Robe Lighting sro
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robe Lighting sro filed Critical Robe Lighting sro
Publication of CN111750322A publication Critical patent/CN111750322A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/008—Combination of two or more successive refractors along an optical axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S10/00—Lighting devices or systems producing a varying lighting effect
    • F21S10/02—Lighting devices or systems producing a varying lighting effect changing colors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V13/00—Producing particular characteristics or distribution of the light emitted by means of a combination of elements specified in two or more of main groups F21V1/00 - F21V11/00
    • F21V13/02—Combinations of only two kinds of elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V14/00—Controlling the distribution of the light emitted by adjustment of elements
    • F21V14/08—Controlling the distribution of the light emitted by adjustment of elements by movement of the screens or filters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V23/00—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices
    • F21V23/04—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices the elements being switches
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V23/00—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices
    • F21V23/06—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices the elements being coupling devices, e.g. connectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/007—Array of lenses or refractors for a cluster of light sources, e.g. for arrangement of multiple light sources in one plane
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/04—Refractors for light sources of lens shape
    • F21V5/048—Refractors for light sources of lens shape the lens being a simple lens adapted to cooperate with a point-like source for emitting mainly in one direction and having an axis coincident with the main light transmission direction, e.g. convergent or divergent lenses, plano-concave or plano-convex lenses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V9/00—Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters
    • F21V9/20—Dichroic filters, i.e. devices operating on the principle of wave interference to pass specific ranges of wavelengths while cancelling others
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V9/00—Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters
    • F21V9/40—Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters with provision for controlling spectral properties, e.g. colour, or intensity
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/20—Controlling the colour of the light
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/10—Controlling the light source
    • H05B47/175—Controlling the light source by remote control
    • H05B47/18—Controlling the light source by remote control via data-bus transmission
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21W—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO USES OR APPLICATIONS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS
    • F21W2131/00—Use or application of lighting devices or systems not provided for in codes F21W2102/00-F21W2121/00
    • F21W2131/40—Lighting for industrial, commercial, recreational or military use
    • F21W2131/406—Lighting for industrial, commercial, recreational or military use for theatres, stages or film studios
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2105/00—Planar light sources
    • F21Y2105/10—Planar light sources comprising a two-dimensional array of point-like light-generating elements
    • F21Y2105/14—Planar light sources comprising a two-dimensional array of point-like light-generating elements characterised by the overall shape of the two-dimensional array
    • F21Y2105/18—Planar light sources comprising a two-dimensional array of point-like light-generating elements characterised by the overall shape of the two-dimensional array annular; polygonal other than square or rectangular, e.g. for spotlights or for generating an axially symmetrical light beam
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)

Abstract

本发明提供了一种LED光引擎和自动化灯具。LED光引擎包括LED发射器、第一透镜阵列、颜色混合模块、第二和第三透镜阵列以及会聚透镜。第一透镜阵列包括对应于LED发射器的准直透镜。第一透镜阵列发射对应于LED发射器的多个光束。每个光束包括基本上平行的光线。颜色混合模块包括接收光束并发射相应的经过过滤的光束的二向色滤光片。第二透镜阵列包括接收经过过滤的光束的会聚透镜。第三透镜阵列包括与第二透镜阵列光学耦合的其它会聚透镜。会聚透镜与第三透镜阵列光学耦合。第二和第三透镜阵列和会聚透镜用经过过滤的光束照明光学系统的门。

Description

具有集成颜色系统的LED光引擎
技术领域
本发明大体涉及自动化灯具，更具体地涉及用在自动化灯具中的基于发光二极管(LED)的光引擎。
背景技术
具有自动和远程控制功能的灯具(称为自动化灯具)广泛用在娱乐和建筑照明市场。这些产品通常用于剧院、电视演播室、音乐会、主题公园、夜总会和其它场所。典型的产品通常提供对灯具摇摄和倾斜功能的控制，允许操作者控制灯具指向的方向，从而控制舞台或工作室中光束的位置。通常，这种位置控制是通过控制灯具在通常称为摇摄和倾斜的两个正交旋转轴上的位置来完成的。许多产品提供对其它参数的控制，如强度、焦点、光束大小、光束形状和光束图案。特别地，通常提供对输出光束的颜色的控制，所述输出光束可以通过控制穿过光束的二向色滤光片的插入来提供。
发明内容
在第一实施例中，LED光引擎包括多个LED发射器、第一透镜阵列、颜色混合模块、第二透镜阵列、第三透镜阵列和会聚透镜。第一透镜阵列包括对应于多个LED发射器的第一多个准直透镜。第一透镜阵列与多个LED发射器光学耦合，并被配置成发射与多个LED发射器对应的多个光束。多个光束中的每一个都包括基本上平行的光线。颜色混合模块包括接收多个光束并发射对应的多个经过过滤的光束的二向色滤光片。第二透镜阵列包括第一多个会聚透镜，其光学耦合到颜色混合模块并被配置成接收由颜色混合模块发射的多个经过过滤的光束。第三透镜阵列包括光学耦合到第二透镜阵列的第二多个会聚透镜。会聚透镜与第三透镜阵列光学耦合。第二和第三透镜阵列和会聚透镜被配置成用从颜色混合模块接收的多个经过过滤的光束照明门。
在第二实施例中，自动化灯具包括LED光引擎、光学系统和控制器。光学系统与LED光引擎光学耦合。控制器电耦合到LED光引擎和数据链路，并且被配置成响应于经由数据链路接收的控制信号来控制LED光引擎的物理和电气功能。其包括多个LED发射器、第一透镜阵列、颜色混合模块、第二透镜阵列、第三透镜阵列和会聚透镜。第一透镜阵列包括对应于多个LED发射器的第一多个准直透镜。第一透镜阵列与多个LED发射器光学耦合，并被配置成发射与多个LED发射器对应的多个光束。多个光束中的每一个都包括基本上平行的光线。颜色混合模块包括二向色滤光片，其被配置成接收多个光束并发射对应的多个经过过滤的光束。第二透镜阵列包括第一多个会聚透镜，其光学耦合到颜色混合模块并被配置成接收由颜色混合模块发射的多个经过过滤的光束。第三透镜阵列包括光学耦合到第二透镜阵列的第二多个会聚透镜。会聚透镜与第三透镜阵列光学耦合。第二和第三透镜阵列和会聚透镜被配置成用从颜色混合模块接收的多个经过过滤的光束照明光学系统的门。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优点，下面将参照附图进行详细说明，在附图中，相同的附图标记用于表示相同的特征，其中：
图1示出根据本发明的多参数自动化灯具系统的示意图；
图2示出根据本发明的用于自动化灯具的控制系统的结构框图；
图3示出根据本发明的LED光引擎的分解正交视图；
图4示出图3中的LED光引擎的装配正交视图；
图5示出根据本发明的LED光引擎的正交视图，其包括图4的LED光引擎；以及
图6示出图3的LED光引擎的代表性示意侧视图，其示出示例性光路。
具体实施方式
附图示出了本发明优选的实施例，其中相同的附图标记被用来指代各图中相同和对应的部件。
图1示出根据本发明的多参数自动化灯具系统10的示意图。多参数自动化灯具系统10包括根据本发明的多个多参数自动化灯具12。自动化灯具12每个都包括板上光源、颜色变化装置、光调制装置、摇摄和/或倾斜系统，以控制自动化灯具12的头部的方向。控制自动化灯具12的参数的机械驱动系统包括发动机或耦合到控制电子设备的其它合适的执行器，如参照图2更详细地描述。除了直接或通过配电系统连接到主电源之外，每个自动化灯具12还通过数据链路14串联或并联连接到一个或多个控制台15。操作员通常通过控制台15控制自动化灯具12的参数。
自动化灯具12可包括步进式发动机，以提供内部光学系统的运动。此类光学系统的示例可以包括遮光板(gobo)轮、效果轮和颜色混合系统，以及棱镜、虹膜、快门和镜头移动。
自动化灯具12可以包括基于LED的光源，其设计用于通过安装在自动化灯具12中的光学系统来校正和引导光。LED光源的装配以及相关的准直和定向光学元件可以称为光引擎。LED光引擎可以包含单一颜色的LED，例如白色，或者可以包含一系列颜色，每个颜色都可以单独控制，以便提供LED输出的加性混合。在白光LED光引擎的情况下，光引擎通常在光学链中由颜色混合部分跟随，该颜色混合部分包括若干可控制的二向色滤光片，以便移动穿过从光引擎出射的光束。通过对这些滤光片的适当选择和它们的精确定位，操作者可以产生多种颜色的光束。例如，使用青色、洋红和黄色三组独立的二向色滤光片，操作员可以混合从蓝色到红色的各种颜色，还可以调整这些颜色的饱和度。
具有与颜色混合和其它光学效果分离的光引擎的系统的一个缺点是光路变得更长，效率更低。本发明公开了一种改进的LED光引擎，其内部集成了颜色混合系统。除其它优点外，根据本发明的LED光引擎改善了质量，特别是颜色混合的均匀化，提高了灯具的效率，并减小了灯具的尺寸。
图2示出了根据本发明的自动化灯具12的控制系统(或控制器)200的结构框图。根据本发明，控制系统200适合与图6的LED光引擎和颜色混合系统或其它系统一起使用。控制系统200还适于控制自动化灯具系统10的其它控制功能。控制系统200包括电耦合到存储器204的处理器202。处理器202由硬件和软件实现。处理器202可以实现为一个或多个中央处理单元(CPU)芯片、内核(例如，作为多核处理器)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)和数字信号处理器(DSP)。
处理器202进一步电耦合到通信接口206并与之通信。通信接口206耦合到数据链路14并被配置成经由数据链路14通信。处理器202还经由控制接口208耦合到一个或多个传感器、发动机、执行器、控制器和/或其它设备。处理器202被配置成经由通信接口206从数据链路14接收控制信号，并且作为响应，经由控制接口208控制LED光引擎、颜色混合系统和自动化灯具系统10的其它机制。
控制系统200适合于实现本文公开的过程、二向色混合模块控制、LED亮度控制和其它功能，这些功能可以被实现为存储在存储器204中并由处理器202执行的指令。存储器204包括一个或多个磁盘和/或固态驱动器，可用于存储在程序执行期间读取和写入的指令和数据。存储器204可以是易失性和/或非易失性的，并且可以是只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、三态内容寻址存储器(TCAM)和/或静态随机存取存储器(SRAM)。
图3示出根据本发明的LED光引擎300的分解正交图。多个LED发射器304的阵列安装在具有电连接器306的基板302上，通过电连接器306可以为LED发射器供电。LED发射器304可以是单一颜色，例如白色，或者可以是多种颜色。在任一情况下，单个LED发射器304可被构造为作为单个组、在多个组中或根据灯具的要求单独可控。每个LED发射器304可以具有包括反射器、全内反射(TIR)透镜或其它合适的光学元件的主光学元件。
LED发射器304可以是简单的LED，或者可以包括与磷光体耦合的LED发射器。在进一步的实施例中，LED发射器304可包括具有或不具有相关磷光体的LED激光二极管。
每个LED发射器304与透镜阵列308和312上对应的一对准直透镜相关联。每个LED发射器304与透镜阵列308上相应的准直透镜光学耦合并光学对准。透镜阵列308上的每个准直透镜与透镜阵列312上的相应准直透镜光学耦合并光学对准。也就是说，来自每个LED发射器304的光首先通过透镜阵列308上对应的准直透镜，然后通过透镜阵列312上对应的准直透镜。
从每个LED发射器304及其准直透镜产生的光束的光线基本上平行。在一些实施例中，术语“基本平行”是指离开透镜阵列312上的第二准直透镜的光束的半锥角为10°(10度)。在其它实施例中，“基本平行”意味着该半锥角可低至5°或高至20°。LED发射器304、基板302、准直透镜阵列308和准直透镜阵列312可与安装板310和电连接器306组装以形成整体LED模块350。在公开和描述的实施例中，所有LED发射器304发射白光，然而其它实施例可以使用不同颜色的LED发射器。
尽管透镜阵列308和312构建在两个单独的基板上，但在其它实施例中，透镜阵列308和312可以在单个(公共)基板的相对侧上制造。根据本发明的透镜阵列308和312及其基板可以由包含玻璃或透明聚合物的材料模制。在其它实施例中，透镜阵列308和312可以由多个单独的准直透镜制造。在另外的实施例中，透镜阵列308和312可替换为由玻璃或具有比透镜阵列308和312更高折射率的其它光学材料制成的单个透镜阵列，或包括具有非球面轮廓的准直透镜。
由准直透镜阵列312发射的准直且基本平行的光束随后通过包括颜色混合模块315的二向色滤光片313和314。二向色滤光片313和314可以是二向色涂层透明基板的单独面板，其被构造成被定位以使二向色涂层离开光束、完全覆盖光束、或者处于部分覆盖光束的中间位置。颜色混合模块315包括四对二向色滤光片，每对滤光片用青色、黄色、洋红和色温橙色(CTO)。通过独立和协调地定位滤光片对，用户可以精确地控制经过过滤的光束的颜色和色温。
二向色滤光片随着滤光片上光线入射角的变化，对穿过滤光片的光线进行不同的着色，因此，如果穿过二向色滤光片的光束既垂直于滤光片，又接近平行，则获得更可预测且一致的颜色，如本发明的颜色混合系统所提供。具有安装在光引擎组件之后的二向色滤光片的系统(而不是如本文所公开的光引擎组件内部)可以使用额外的继电器、场或准直透镜来进一步准直由光引擎组件产生的光束，以便以足够窄的角度通过二向色滤光片，从而避免较少的垂直和/或平行光束的影响，以及允许光束完全通过所有光学效应。这样的附加透镜减少了这样一个系统的光输出，并增加了其成本、重量和长度。
尽管颜色混合模块315包括四对在光束中线性移动的二向色滤光片，但其它实施例可以包括但不限于具有任意数量的二向色滤光片的系统。这种滤波器可以被构造为单个线性标志、旋转圆盘、轮子或弓形标志。例如，一些实施例可以包括三个二向色滤光片，所述三个二向色滤光片被构造为可旋转穿过光束的圆盘。
二向色滤光片313和314各包括矩形、透明基板，其宽度(短尺寸)完全跨越光束的组合宽度，且其长度(长尺寸)比光束的组合宽度长几倍。所述基板上涂覆有二向色材料，所述二向色材料的图案包括位于第一端处的第一部分，其尺寸足以完全覆盖所述光束。第一部分邻接第二部分，该第二部分包括多个指状二向色材料，其宽度向基板的第二端减小。这样，二向色滤光片313和314的二向色材料在第一端完全过滤光束，并且当它们线性地从光束中移除时提供减小的过滤。
在其它实施例中，二向色滤光片材料可在透明基板上蚀刻、切割或以类似方式构造成其它图案，以形成散布于透明基板区域的不同数量的二向色滤光片的区域。在另外的实施例中，二向色滤光片和底层基板均可被切割成具有不同密度的图案，例如锥形指状物，使得不同数量的二向色滤光片的区域散布在二向色滤光片和基板都被移除的区域中。
在进一步的实施例中，透明基板可以涂覆有变化的二向色材料，使得涂覆基板的不同区域将光束过滤成不同颜色。在另一实施例中，基板的不同部分可以涂上不同的二向色材料，其中这些部分具有足够的尺寸以完全覆盖光束，并且每个部分在整个光束中产生不同的一致颜色。在另外的实施例中，两个或更多个轮子可包括可移动的单个完全涂覆的二向色滤光片，每个滤光片完全覆盖光束。
二向色滤光片313和314(以及其它带图案的二向色滤光片)可产生部分彩色光束，其中来自LED模块350中的一些LED发射器304的部分光束由滤光片着色，而光束的其它部分(或其它光束)未经过滤并且保持LED发射器304的原始颜色。
经过二向色滤光片313和314后，由来自LED模块350中的每个LED发射器304的所有光束产生的组合光束通过复眼透镜阵列316和复眼透镜阵列320。复眼透镜阵列316和320可以被称为均一透镜阵列或集成透镜阵列。复眼透镜阵列316和320中的每一个包括多个会聚透镜。
复眼透镜阵列316和320与会聚透镜324一起构造，使得来自每个单独的LED发射器304的光束照亮自动化灯具的门(或光栏)(如参照图6所述)。在根据本发明的投影光学系统中，门是成像部位或区域，来自LED发射器304的光束通过该成像部位或区域以照亮虹膜、遮光板或其它图像生成光学设备。在根据本发明的冲洗光学系统中，门是光学系统的一个区域，在该区域，来自LED发射器304的光束在经过进一步的光学设备之前重叠以形成均匀的柔化边缘的光束。所述门可以是物理的(例如，如图6所示的孔径)或者可以是“虚拟的”(例如，光学系统中的狭窄区域，其中来自LED发射器304的光束重叠)。
复眼透镜阵列316和320以及会聚透镜324被构造成将来自每个LED发射器304的光束重叠到门区域，提供亮度变化和颜色均匀化的完全集成，从而在所述门处产生具有平滑照明和单一颜色的光束。复眼透镜阵列316、复眼透镜阵列320和会聚透镜324可与安装板318和322组装以形成整体集成模块340。
在另一实施例中，集成模块340可以手动或通过可由用户控制的电机和机构从光束路径上移除。例如，集成模块340可以安装在耦合到发动机和机构的旋转臂上，使得集成模块340可以可控地从LED发射器摆动出光束的路径或进入光束的路径。当从光束路径中移除时，LED光引擎的组合光输出将不再完全均匀化，但强度可能更高，也可能用作效应。
根据本发明的LED光引擎与现有技术中的光引擎具有明显差异，其中来自多个LED发射器的光束在光束穿过二向色滤光片之前进行混合，可能需要额外的光学元件来均匀化着色后的光线。
尽管复眼透镜阵列316和320构建在两个单独的基板上，但在其它实施例中，复眼透镜阵列316和320可以位于单个基板的相对侧。根据本发明的复眼透镜阵列及其基板可由包含玻璃或透明聚合物的材料模制而成。在其它实施例中，可以由多个单独的会聚透镜制造复眼透镜阵列。在复眼透镜阵列316和320中，会聚透镜彼此邻接，在会聚透镜之间不留下暴露的基板。在其它实施例中，基板可暴露在部分或全部会聚透镜之间。
图4示出图3中的LED光引擎300的装配正交视图。最终组件包括三个独立的模块：LED模块350、颜色混合模块315和集成模块340。在本发明的实施例中，这些模块中的每一个可以独立地交换和替换，以帮助灯具的可用性。特别地，所公开的系统使得不必同时更换集成模块340或颜色混合模块315，就可以简单地单独更换LED模块350进行维修或修理。这为用户提供了显著的优势和成本降低。类似地，集成模块340或颜色混合模块315可以容易地移除以进行清洁或维护。在另一实施例中，包括至少基板302和LED发射器304的电路板可以独立于模块350从系统中移除。这为用户提供了一种在LED老化或任何LED出现故障时更换电路板基板及其LED发射器的方法。制造商可以以比供应整个光引擎300或LED模块350低得多的成本将其提供为替换部件。
图5示出了根据本发明的LED光引擎500的正交视图，包括图4的LED光引擎300。LED光引擎500还包括通过热管532耦合到LED发射器基板302的散热器530。热管532在LED发射器基板302和散热器530之间传导工作流体，以将LED发射器304产生的热量传递到散热器530。风扇560将空气吹过散热器530。其它实施例可以使用其它合适的技术从LED发射器304散热。
LED光引擎500还包括发动机562、564、566和568，每一个发动机都机械地耦合到带部上(两条带部可见并由305和307表示，组件下面的另外两条带部未示出)。每条带部耦合到来自二向色滤光片313和314的单色滤光片对的两个滤光片，并且被构造成将这对滤光片放置在光束中以及光束之外，从光束的相对侧移动这对滤光片。
控制器200(参照图2描述)可以耦合到风扇560，并且被配置成控制风扇560的速度以控制LED光引擎300的物理功能。控制器200耦合到发动机562、564、566和568，并被配置成响应于经由数据链路14接收的控制信号，控制由准直透镜阵列312发射的光束中的二向色滤光片313和314的位置，以在门处产生所需颜色的光束。
图6示出了图3的LED光引擎300的示意侧视图600，示出了示例性光路。LED发射器304a发射由光线670a和672a限定边界的光束676a。LED发射器304b发射由光线670b和672b限定边界的光束676b。来自LED发射器304a的光束676a由透镜阵列308中的准直透镜和透镜阵列312中的准直透镜进行准直，以提供几乎平行的光束(当它通过颜色混合模块315时)。然后，现在的部分着色的光束676a在通过会聚透镜324并被引导通过灯具的光圈门674之前被复眼透镜阵列316和复眼透镜阵列320集成并均匀化。光束676b沿着类似的路径穿过LED光引擎300。
当透镜阵列308和312中的一对准直透镜与光束676a和676b中的每一个光学耦合时，复眼透镜阵列316和320中的透镜较小，使得光束676a和676b中的每一个穿过多个相邻的会聚透镜，它们共同操作以均匀化和集成从颜色混合模块315产生的部分着色光束。
光束676a和676b在门674处重叠。也就是说，LED光引擎300引导来自每个LED发射器304的光束以覆盖整个门674。由此，来自LED发射器304的光束在门674处重叠，并且所得的组合光束被充分混合和均匀化，将来自所有LED发射器304的光和穿过颜色混合模块315后的所有颜色变化组合成单个彩色光束。在使用彩色滤光片的实施例中，来自所有LED发射器304的所有光束中产生一致颜色，门674处的光束在门674处具有一致的亮度(或甚至照明)。
在另一实施例中，LED发射器可以包括具有不同参数的两个或多个独立可控的LED组。例如，两组LED发射器在选自但并不限于颜色、色温、Duv(到黑体轨迹的距离)、光谱输出、颜色渲染、同色异谱混合的至少一个参数上可能不同。然后，可以在校准过程中调整组的相对输出(亮度)，以提供满足期望规范的输出并改进不同灯具之间的匹配。这可用于纠正LED发射器之间的制造差异。LED发射器组可以都是具有不同特性的白色发射器，或者可以是颜色的混合体。
控制器200可以电耦合到该实施例的LED发射器，并且被配置成控制LED光引擎300的电功能，例如，一些或所有这些组的亮度以满足期望的规范和/或校正制造偏差。控制器可以存储与用于这种亮度控制的校准过程的结果有关的信息。在具有发射不同颜色光的两组或多组LED发射器的实施例中，控制器可被配置成控制一些或所有这些组的相对亮度。
虽然本文仅描述了本发明的一些实施例，但本领域技术人员在受益于本发明的情况下，将理解，可以设计出不脱离本发明范围的其它实施例。虽然已经详细描述了本发明，但应当理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开进行各种更改、替换和变更。

Claims (10)

1.一种发光二极管(LED)光引擎，包括：
多个LED发射器；
第一透镜阵列，包括与所述多个LED发射器对应的第一多个准直透镜，所述第一透镜阵列光学耦合到所述多个LED发射器并被配置成发射与所述多个LED发射器对应的多个光束，所述多个光束中的每个光束包括基本平行的光线；
颜色混合模块，包括二向色滤光片，所述颜色混合模块配置为接收所述多个光束并发射对应的多个经过过滤的光束，每个二向色滤光片包括具有不同密度图案的单一颜色的二向色涂层，所述颜色混合模块被配置为独立地移动每个二向色滤光片线性地穿过所述多个光束；
第二透镜阵列，包括第一多个会聚透镜，所述第一多个会聚透镜与所述颜色混合模块光学耦合并被配置成接收由所述颜色混合模块发射的多个经过过滤的光束；
第三透镜阵列，包括第二多个会聚透镜，所述第二多个会聚透镜与所述第二透镜阵列光学耦合；以及
会聚透镜，其与所述第三透镜阵列光学耦合，所述第二透镜阵列和第三透镜阵列以及所述会聚透镜配置成用从所述颜色混合模块接收的多个经过过滤的光束照明门。
2.根据权利要求1所述的LED光引擎，其特征在于：
所述第一多个准直透镜中的每个准直透镜与所述多个LED发射器中对应的一个光学对准；以及
所述第二多个准直透镜中的每个准直透镜与所述第一多个准直透镜中对应的一个光学对准。
3.根据权利要求1所述的LED光引擎，其特征在于，所述多个LED发射器和所述第一透镜阵列机械地耦合以形成LED模块，所述LED模块机械地耦合到所述颜色混合模块并能够从所述颜色混合模块中移除。
4.根据权利要求1所述的LED光引擎，其特征在于，所述多个光束中的每一个穿过所述第二透镜阵列和所述第三透镜阵列中的每一个中的多个相邻的会聚透镜。
5.一种自动化灯具，包括：
LED光引擎；
光学耦合到所述LED光引擎的光学系统；以及
控制器，其电耦合至所述LED光引擎和数据链路，并被配置成响应于经由所述数据链路接收的控制信号来控制LED光引擎的物理和电气功能，
所述LED光引擎包括：
多个LED发射器；
第一透镜阵列，包括与所述多个LED发射器对应的第一多个准直透镜，所述第一透镜阵列与所述多个LED发射器光学耦合并被配置成发射与所述多个LED发射器对应的多个光束，所述多个光束中的每一个包括基本平行的光线；
颜色混合模块，包括二向色滤光片，所述颜色混合模块光学耦合到所述第二透镜阵列并被配置成接收所述多个光束并发射对应的多个经过过滤的光束；
第二透镜阵列，包括光学耦合到所述颜色混合模块并被配置成接收由所述颜色混合模块发射的多个经过过滤的光束的第一多个会聚透镜；
第三透镜阵列，包括光学耦合到所述第二透镜阵列的第二多个会聚透镜；以及
光学耦合到所述第三透镜阵列的会聚透镜，所述第二透镜阵列和所述第三透镜阵列以及所述会聚透镜配置成用从所述颜色混合模块接收的多个经过过滤的光束照明所述光学系统的门。
6.根据权利要求5所述的自动化灯具，其特征在于：
所述颜色混合模块包括多个二向色滤光片；以及
所述控制器被配置成将所述多个二向色滤光片中的一个或多个二向色滤光片放置在所述多个光束中。
7.根据权利要求5所述的自动化灯具，其特征在于，所述控制器被配置成控制所述多个LED发射器中的一个或多个LED发射器的亮度。
8.根据权利要求7所述的自动化灯具，其特征在于，所述控制器被配置成基于与在所述多个LED发射器上执行的校准过程的结果相关的存储信息来控制所述一个或多个LED发射器的亮度。
9.根据权利要求7所述的自动化灯具，其特征在于，两组或多组LED发射器发射不同颜色的光，并且所述控制器被配置成控制所述两组或多组LED发射器中的部分或全部的相对亮度。
10.根据权利要求5所述的自动化灯具，其特征在于，所述控制器与所述光学系统电耦合，并被配置成响应于经由所述数据链路接收的控制信号来控制所述光学系统的一个或多个物理或电气功能。
CN202010228939.9A 2019-03-28 2020-03-27 具有集成颜色系统的led光引擎 Pending CN111750322A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/368,376 2019-03-28
US16/368,376 US20190219249A1 (en) 2019-03-28 2019-03-28 LED Light Engine with Integrated Color System

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111750322A true CN111750322A (zh) 2020-10-09

Family

ID=67212784

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010228939.9A Pending CN111750322A (zh) 2019-03-28 2020-03-27 具有集成颜色系统的led光引擎

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20190219249A1 (zh)
EP (2) EP3715709A3 (zh)
CN (1) CN111750322A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109488978A (zh) * 2017-09-13 2019-03-19 哈曼专业丹麦公司 具有不平行齿的拥有梳状滤光特性的彩色滤光片对

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11051373B2 (en) 2019-09-06 2021-06-29 Robe Lighting S.R.O. Removable LED module with rotated LED emitter groups
US11846413B2 (en) * 2020-01-13 2023-12-19 Harman Professional Denmark Aps Illumination device light collector and converging optical system
EP4090886B1 (en) * 2020-01-15 2024-01-03 Harman Professional Denmark ApS Illumination device with white and non-white light sources
EP4030871A1 (en) * 2021-01-15 2022-07-20 ROBE lighting s.r.o. Duv control of luminaire beam color
CN113446568B (zh) * 2021-07-15 2022-08-05 广州市珠江灯光科技有限公司 舞台灯的控制方法及装置、设备、存储介质
US20230151947A1 (en) * 2021-11-12 2023-05-18 Harman Professional Denmark Aps Color control in light fixture with subtractive color mixing system and additional filter
EP4180713A1 (en) * 2021-11-15 2023-05-17 ROBE lighting s.r.o. Spectral adjustment of an led array
EP4306844A1 (en) * 2022-07-13 2024-01-17 ROBE lighting s.r.o. Luminaire optical device color compensation

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5969868A (en) * 1997-09-11 1999-10-19 Vari-Lite, Inc. Sequential cross-fading color filters and system
US20030133292A1 (en) * 1999-11-18 2003-07-17 Mueller George G. Methods and apparatus for generating and modulating white light illumination conditions
US20030206414A1 (en) * 2003-05-09 2003-11-06 Wood Michael W. Color mixing apparatus for theatrical ellipsoidal spotlights
US20050018423A1 (en) * 2003-07-21 2005-01-27 Warnecke Russell A. Color changing apparatus,and associated method, for a light assembly
CN2789581Y (zh) * 2005-02-04 2006-06-21 嘉力时(集团)有限公司 一种舞台灯具
CN103968268A (zh) * 2013-01-31 2014-08-06 深圳市光峰光电技术有限公司 一种led光源系统和led照明装置
CN105793765A (zh) * 2013-10-01 2016-07-20 罗布照明有限公司 用于led照明装置的准直和均匀化系统
CN106322301A (zh) * 2015-06-29 2017-01-11 马田专业公司 包括多区域滤色器和多面棱镜的棱镜效应系统
CN206269059U (zh) * 2016-11-14 2017-06-20 珠海视达光电有限公司 Led滤光聚光匀光系统及使用其的led灯具
CN107702052A (zh) * 2016-08-09 2018-02-16 百奇股份有限公司 优选地用于舞台的灯具
US20180283632A1 (en) * 2015-09-28 2018-10-04 Harman Professional Denmark Aps Led projecting light fixture with additional light effects
CN109424895A (zh) * 2017-09-01 2019-03-05 罗布照明公司 用于照明设备的热保护和均匀化系统
EP3457023A1 (en) * 2017-09-13 2019-03-20 Harman Professional Denmark ApS Color filter pair with comb-like filter characteristics having non-parallel teeth

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1958483B1 (en) * 2005-12-01 2012-06-13 Martin Professional A/S Method and apparatus for controlling a variable-colour light source
US20100204841A1 (en) * 2007-09-07 2010-08-12 Koninklijke Philips Electronics N.V. Methods and apparatus for providing led-based spotlight illumination in stage lighting applications
CN101988631A (zh) * 2009-07-31 2011-03-23 深圳市光峰光电技术有限公司 Led舞台灯光照明设备及其改善颜色均匀性的方法
US10234105B2 (en) * 2009-09-12 2019-03-19 Robe Lighting S.R.O. Optics for an automated luminaire
TW201305491A (zh) * 2011-04-12 2013-02-01 Koninkl Philips Electronics Nv 具有高通量密度發光二極體陣列之基於發光二極體之照明單元
CN103968270B (zh) * 2013-01-31 2016-03-16 深圳市光峰光电技术有限公司 一种led光源系统
CN104048266B (zh) * 2014-05-23 2015-11-04 广州市浩洋电子有限公司 滤光片及利用此滤光片的cmy混色组件及其光学系统
JP6848471B2 (ja) * 2017-01-23 2021-03-24 セイコーエプソン株式会社 照明装置およびプロジェクター
US10260692B2 (en) * 2017-07-19 2019-04-16 Richard S. Belliveau Theatrical instrument with improved subtractive color mixing system
CN113227868A (zh) * 2018-11-08 2021-08-06 亮锐控股有限公司 具有改进的稳定性的光学布置

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5969868A (en) * 1997-09-11 1999-10-19 Vari-Lite, Inc. Sequential cross-fading color filters and system
US20030133292A1 (en) * 1999-11-18 2003-07-17 Mueller George G. Methods and apparatus for generating and modulating white light illumination conditions
US20030206414A1 (en) * 2003-05-09 2003-11-06 Wood Michael W. Color mixing apparatus for theatrical ellipsoidal spotlights
US20050018423A1 (en) * 2003-07-21 2005-01-27 Warnecke Russell A. Color changing apparatus,and associated method, for a light assembly
CN2789581Y (zh) * 2005-02-04 2006-06-21 嘉力时(集团)有限公司 一种舞台灯具
CN103968268A (zh) * 2013-01-31 2014-08-06 深圳市光峰光电技术有限公司 一种led光源系统和led照明装置
CN105793765A (zh) * 2013-10-01 2016-07-20 罗布照明有限公司 用于led照明装置的准直和均匀化系统
CN106322301A (zh) * 2015-06-29 2017-01-11 马田专业公司 包括多区域滤色器和多面棱镜的棱镜效应系统
US20180283632A1 (en) * 2015-09-28 2018-10-04 Harman Professional Denmark Aps Led projecting light fixture with additional light effects
CN107702052A (zh) * 2016-08-09 2018-02-16 百奇股份有限公司 优选地用于舞台的灯具
CN206269059U (zh) * 2016-11-14 2017-06-20 珠海视达光电有限公司 Led滤光聚光匀光系统及使用其的led灯具
CN109424895A (zh) * 2017-09-01 2019-03-05 罗布照明公司 用于照明设备的热保护和均匀化系统
EP3457023A1 (en) * 2017-09-13 2019-03-20 Harman Professional Denmark ApS Color filter pair with comb-like filter characteristics having non-parallel teeth

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109488978A (zh) * 2017-09-13 2019-03-19 哈曼专业丹麦公司 具有不平行齿的拥有梳状滤光特性的彩色滤光片对
CN109488978B (zh) * 2017-09-13 2024-01-23 哈曼专业丹麦公司 具有不平行齿的拥有梳状滤光特性的彩色滤光片对

Also Published As

Publication number Publication date
EP3715709A2 (en) 2020-09-30
US20190219249A1 (en) 2019-07-18
EP3715709A3 (en) 2020-12-09
EP4092316A1 (en) 2022-11-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3715709A2 (en) Led light engine with integrated color system
US11252795B2 (en) Removable LED module
US20120243215A1 (en) Light collection system for an led luminaire
CN110274200B (zh) 用于led照明装置的准直和均匀化系统
EP0140994A2 (en) Light source with colour filter
US10386030B2 (en) Light fixture, preferably for stage
US10563839B2 (en) System and method for preventing light spill
US7901089B2 (en) Optical system with array light source
US20220228727A1 (en) Duv control of luminaire beam color
US11767964B2 (en) Homogenization of an LED array
US20170269292A1 (en) Special flower effects beam and washlight luminaire
US20160298829A1 (en) System and method for controlling light output in a led luminaire
US20170074489A1 (en) System and method for controlling light output in a led luminaire
US20180313521A1 (en) System and method for controlling output in a led luminaire
WO2017165680A1 (en) System and method for controlling light output in a led luminaire
US20240209998A1 (en) Lighting effect system
CN116123487A (zh) Led阵列的光谱调整

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20201009

RJ01 Rejection of invention patent application after publication