CN111828847A - 用于led灯具的均化系统 - Google Patents

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Abstract

提供了一种灯具和光源。光源包括第一、第二、第三发光二极管(LED)阵列和射束组合。第一、第二和第三LED阵列发射的射束的光轴大致平行。第一和第二LED阵列中的每个阵列产生两种颜色的光。第三LED阵列产生单种颜色的光。每个LED阵列包括多个区域，每个区域与其他区域在空间上分离。第一和第二阵列中的每个区域包括两种颜色的LED。每个区域的LED的强度独立于其他区域的LED而被控制。射束组合器组合来自所有三个LED阵列的光束并产生射出光束并且在射出光束中保持光束的光轴彼此大致平行。

Description

用于LED灯具的均化系统
相关专利申请的交叉引用
本申请要求帕维尔.尤克里(Pavel Jurik)等人于2019年3月29日提交的、名称为“用于LED灯具的均化系统”的第62/826,544号美国临时专利申请的优先权，其通过引用如同全文再现地并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及一种用于当在光束产生灯具中使用时控制发光二极管(LED)阵列的光输出的方法，尤其涉及一种关于将多种颜色的LED组合成单个均化光束的方法。
背景技术
高功率LED通常在例如建筑照明行业(在商店中、在办公室和企业中)以及娱乐行业(在剧院、电视演播室、音乐会、主题公园、夜总会和其他场所中)的灯具中使用。这些LED也被用于具有自动和远程可控功能的自动照明灯具中。对于颜色控制，通常使用不同颜色的LED阵列。例如，一种常见的配置是使用红色、绿色和蓝色LED的混合。这种配置允许用户通过混合适当等级的这三种颜色来创建他们所期望的颜色。例如，当红色和绿色LED被点亮而蓝色LED被熄灭时，将产生表现出黄色的输出。类似地，红色和蓝色将产生品红色，蓝色和绿色将产生青色。通过合理控制这三个控件，用户可以获得几乎任何他们所期望的颜色。也可以使用三种以上的颜色，众所周知，为了增强颜色混合并且提高可用的色域，可在红色、绿色和蓝色中添加琥珀色、青色或宝蓝色LED。
不同颜色的LED可以以阵列形式布置在灯具中，其中每个LED之间存在物理分离。这种分离与每种颜色的裸片尺寸和布置的差异相结合，可能会引起个别颜色的传播，并导致组合的混合颜色输出射束出现讨厌的溢散光和彩色镶边。通常在每个LED前面使用透镜或其他光学设备来控制输出光束的形状和角度；然而，这些光学设备通常对不同颜色有不同效果，而且在输出光束中可能会看到彩色镶边或其他像差。人们也知道使用二向色反射滤光片来将三种单一颜色的LED合成射束。然而，这些系统并没有提供混合超过三种颜色的LED的方法。如果有一个系统能将三种以上颜色的LED良好地均化成单个输出光束，那将是有利的。
需要一种用于基于LED阵列的灯具的均化系统，该均化系统能够改进包括四种或四种以上不同颜色的LED的LED系统的均化。
发明内容
在第一实施例中，光源包括分别安装在第一、第二和第三共同基板上的第一、第二和第三发光二极管(LED)阵列以及射束组合器。第一、第二和第三LED阵列的LED发射的射束的光轴大致平行。第一LED阵列包括分别产生第一和第二种颜色的光的第一和第二组LED。第二LED阵列包括分别产生第三和第四种颜色的光的第三和第四组LED。第三LED阵列包括产生第五种颜色的光的第五组LED。第一、第二和第三LED阵列分别包括第一、第二和第三多个区域。第一、第二和第三多个区域中的每个多个区域中的每个区域与其所属的多个区域中的其他区域在空间上分离。第一多个区域中的每个区域包括来自第一和第二组LED中的每组LED的LED。第二多个区域中的每个区域包括来自第三和第四组LED中的每组LED的LED。第三多个区域中的每个区域包括来自第五组LED的LED。第一、第二和第三多个区域中的每个多个区域的LED被配置成独立于第一、第二和第三多个区域中的其他多个区域的LED的强度控制而进行强度控制。射束组合器被配置为组合来自第一、第二、第三LED阵列的光束以产生射出光束和在射出光束中将来自第一、第二、第三LED阵列中的每个LED阵列的光束的光轴保持为彼此大致平行。
在第二实施例中，灯具包括头部、定位机构以及光源，定位机构耦接至头部并被配置为使头部绕至少一个旋转轴线旋转，光源耦接至头部并被配置为发射光束。光源包括分别安装在第一、第二和第三共同基板上的第一、第二和第三发光二极管(LED)阵列以及射束组合器。第一、第二和第三LED阵列发射的射束的光轴大致平行。第一LED阵列包括分别产生第一和第二种颜色的光的第一和第二组LED。第二LED阵列包括分别产生第三和第四种颜色的光的第三和第四组LED。第三LED阵列包括产生第五种颜色的光的第五组LED。第一、第二和第三LED阵列分别包括第一、第二和第三多个区域。第一、第二和第三多个区域中的每个多个区域中的每个区域在空间上与其所属的多个区域中的其他区域分离。第一多个区域中的每个区域包括来自第一和第二组LED中的每组LED的LED。第二多个区域中的每个区域包括来自第三和第四组LED中的每组LED的LED。第三多个区域中的每个区域包括来自第五组LED的LED。第一、第二和第三多个区域中的每个多个区域的LED配置为独立于第一、第二和第三多个区域中的其他多个区域的LED的强度控制而进行强度控制。射束组合器被配置为组合来自第一、第二、第三LED阵列的光束以产生射出光束并在射出光束中将来自第一、第二、第三LED阵列中的每个LED阵列的光束的轴线保持为彼此大致平行。
附图说明
为了更全面地理解本公开内容及其优点，现参照以下描述并结合附图，其中相似的附图标记指示相似的特征，其中：
图1示出改进的LED光均化器的实施例；
图2示出了图1所示的LED光均化器的第一LED阵列的实施例；
图3示出了图1所示的LED光均化器的第二LED阵列的实施例；
图4示出了图1所示的LED光均化器的第三LED阵列的实施例；
图5A-图5C示出了现有技术中透射/反射二向色滤光片在均化器和分束器中的使用；
图6A-图6C示出了透射/反射二向色滤光片在图1和/或图8所示的LED光均化器的实施例中的改进的使用；
图7A-图7C示出了改进的光均化器的替代实施例；
图8示出了改进的LED光均化器的替代实施例；
图9示出了改进的LED光均化器的又一实施例；
图10示出了自动灯具的替代实施例，该自动灯具包括改进的LED光均化器；
图11示出了自动灯具的光学引擎，该自动灯具包括改进的LED光均化器；
图12示出了LED光均化器的又一实施例；以及
图13示出了图1所示的LED光均化器的第一LED阵列的又一实施例。
具体实施方式
附图示出了改进的LED光均化器的实施例，各附图中相似的数字用来指代相似和相应的部件。
本公开总体上涉及一种用于当在光束产生灯具中使用时控制来自LED阵列的光输出的方法，尤其涉及一种关于为包括不同颜色的LED的LED系统提供改进的均化的方法。
图1示出了改进的LED光均化器10的实施例的示意图。第一LED阵列20可包括具有离散的较长波长峰值的LED(如红色和琥珀色LED)的布置。第二LED阵列30可包括具有离散的短波长峰值的LED(如蓝色和青色LED)的布置。第三LED阵列40可包括具有离散的中波长峰值的LED(如黄色和绿色LED)的布置。每个阵列20、30和40可以将相关的LED布置在一个布局中，使颜色在整个阵列中适当地分布并混合。在所示的实施例中，LED阵列20、30和40由控制器12控制，控制器12通过电线14电连接到LED阵列20、30和40。
在一些实施例中，阵列中存在有限数量的离散峰值LED。例如，在示出的实施例中，这三个阵列采用两种离散的峰值类型：长波长第一LED阵列20具有红色和琥珀色，短波长第二LED阵列30具有蓝色和青色，第三中波长LED阵列40具有绿色和黄色。在一些实施例中，阵列中的所有LED作为一个单元都由控制器12控制。在其他实施例中，不同颜色的光独立于其他不同颜色的光而被控制。例如，在长带宽阵列中，红色LED作为独立的颜色独立于琥珀色LED而被控制。
来自第一LED阵列20的红色和琥珀色光26照射到二向色滤光片54的背面。二向色滤光片54被设计成允许红色和琥珀色波长的光不受影响地通过。在示出的实施例中，二向色滤光片54可被设计为通常让较长波长通过的长波通滤光片而非某截止滤波片。在替代实施例中，这个滤光片可以被设计为带通滤光片，带通滤光片让离散的长波长光通过，其中带通与长波长第一LED阵列20中的离散LED的峰值波长相匹配。其他波长的光不允许通过并被从光束反射出来。
来自第一LED阵列20的红色和琥珀色光透射穿过二向色滤光片54，然后照射到二向色滤光片52的背面。二向色滤光片52也被设计成允许红色和琥珀色波长的光不受影响地通过。下面将进一步讨论二色滤光片52的替代实施例的特性。但是，对于红色和琥珀色光，二向色滤光片52对较长的红色和琥珀色波长起长波通或带通的作用。因此，来自第一LED阵列20的红色和琥珀色光26将以射出光束56的形式离开。
来自第二LED阵列30的蓝色和青色光36照射到二向色滤光片54的前面。如前所述，二向色滤光片54被设计为长波通滤光片(或离散长带通)，因此它将反射较短的蓝色和青色波长的光。
来自第二LED阵列30的蓝色和青色光照射到二向色滤光片52的背面。如前所述，二向色滤光片52允许长波通过。二向色滤光片52也被设计成允许短波长通过，因此它将允许蓝色和青色波长的光不受影响的通过。因此，来自第二LED阵列30的蓝色和青色光36也将以光束56的形式离开，叠加在来自第一LED阵列20的任何红色和琥珀色光上。
来自第三LED阵列40的绿色和黄色光46照射到二向色滤光片52的前面。二向色滤光片52被设计成将反射色谱中的中波长光，从而反射而不是透射绿色和黄色的波长。因此，来自第三LED阵列40的绿色和黄色光46也将以射出光束56的形式离开，叠加在来自第一LED阵列20的任何红色和琥珀光以及来自第二LED阵列30的任何蓝色和青色光上。
因此，二向色滤光片52和54的选择性透射和反射使得所有颜色的LED：红色、琥珀色、蓝色、青色、绿色和黄色，被组合、均化和叠加成单个射出光束56。二向色滤光片52和54包括射束组合器，该射束组合器被配置成分别将LED阵列20、30和40发射的光26、36和46组合成单个射出光束56。
此处示出的示例利用六种颜色的LED：红色、琥珀色、蓝色、青色、绿色和黄色，然而，本公开内容并不限于此，并且LED颜色的其他混合是可能的，而不背离本公开内容的精神。例如，宝蓝LED可以用来代替或添加到第二LED阵列30上的青色LED。针对阵列上的LED的每个选择，必须考虑二向色滤光片的相应设计更改，以便使它们反射和/或透射适当的光波长。
图2示出了图1所示的LED光均化器的第一LED阵列20的实施例。在该实施例中，多个红色LED 22和多个琥珀色LED 24分布在第一LED阵列20上。可以选择红色和琥珀色LED中的每种颜色LED的布置和数量，以优化两种颜色的混合和平衡。例如，如果琥珀色LED的功率是红色LED的两倍(或琥珀色LED的亮度是红色LED的两倍)，那么琥珀色的数量可只需为红色一半的。在这种情况下，该阵列将包括三分之二的红色LED 22和三分之一的琥珀色LED24。所示的第一LED阵列20为圆形，然而本公开内容并不限于此，第一LED阵列20可以是选自但不限于圆形、正方形、长方形形、六边形或八边形的任意形状。
图3示出了图1所示的LED光均化器的第二LED阵列30的实施例。在该实施例中，多个蓝色LED 32和多个青色LED 34分布在第二LED阵列30上。可以选择蓝色和青色LED中的每种颜色LED的布置和数量，以优化这两种颜色的混合和平衡。第二LED阵列30为圆形，然而本公开内容并不限于此，第二LED阵列30可以是选自但不限于圆形、正方形、长方形形、六边形或八边形的任意形状。
图4示出了图1所示的LED光均化器的第三LED阵列40的实施例。在该实施例中，多个绿色LED 42和多个黄色LED 44分布在第三LED阵列40上。可以选择绿色和黄色LED中的每种颜色LED的布置和数量，以优化这两种颜色的混合和平衡。所示的第三LED阵列40为圆形，然而本公开内容并不限于此，第三LED阵列40可以是选自但不限于圆形、正方形、长方形、六边形或八边形的任意形状。
图5A-图5C示出了现有技术中透射/反射二向色滤光片在均化器和分束器中的使用。二向色滤光片的此类布置通常用于组合光和将用于摄像机的光分成红色、绿色和蓝色部分。图5A示出了具有离散波长峰值的红色、绿色和蓝色LED发射的光的相对谱功率分布(SPD)。可以看出，蓝色LED的峰值在大约450纳米(“nm”)处，绿色在550nm处，红色在650nm处。图5B所示的黄色二向色滤光片具有下述滤光特性：允许红光(650nm)和绿光(550nm)畅通无阻地通过，同时反射蓝光(450nm)。这样的滤光片在眼睛里呈现黄色。类似地，图5C所示的品红色二向色滤光片具有下述滤光特性：允许红光(650nm)和蓝光(450nm)畅通无阻地通过，同时反射绿光(550nm)。这样的滤光片在眼睛里呈现品红色。这两个滤光片可以以类似于图l所示的布局作为二向色滤光片52和54使用，以便组合红色、绿色和蓝色LED的输出。然而，这些滤光片不允许我们添加琥珀色、青色和黄色LED。
图6A-图6C示出了透射/反射二向色滤光片在图1和/或图8所示的LED光均化器的实施例中的改进的使用。图6A示出了利用红色、琥珀色、绿色、黄色、蓝色和青色LED的本公开内容的实施例发射的光的相对谱功率分布(SPD)。可以看出，LED具有离散的波长峰值，蓝色LED的峰值在大约450nm处，青色在475nm处，绿色在550nm处，黄色在575nm处，琥珀色在625nm处，红色在650nm处。图6B所示的黄色/琥珀色二向色滤光片具有下述滤光特性：允许红色光(650nm)、琥珀色光(625nm)、黄色光(575nm)和绿色光(550nm)畅通无阻地通过，同时反射蓝色光(450nm)和青色光(475nm)。这样的滤光片在眼睛里呈现黄色/琥珀色。类似地，图6C所示的粉色二向色滤光片具有下述滤光特性：允许红色光(650nm)、琥珀色光(625nm)、青色光(475nm)、蓝色光(450nm)畅通无阻地通过，同时反射黄色光(575nm)和绿色光(550nm)。这样的滤光片在眼睛里将呈现粉红色。这两个过滤器可以作为二向色滤光片52和54在图1中使用，以便组合红色、琥珀色、绿色、黄色、蓝色和青色LED的输出。
图7A-图7C示出了改进的光均化器的替代实施例。图7A示出了扩展以包括更多颜色的LED的替代实施例。在该实施例中，将波长440nm的宝蓝色LED添加到第二LED阵列30中。图7B和图7C示出了利用这种颜色的二向色滤光片的适当滤光特性。
图8示出了改进的LED光均化器100的替代实施例。在所示的实施例中，二向色滤光片152和154以与图1所示的串行布置相反的方式交叉布置。这种布局减少了组件的总体长度。
图1、图8和图9所示的实施例示出第一LED阵列20的红色和琥珀色发射器在后面，第二LED阵列30的蓝色和青色在一侧而第三LED阵列40的黄色和绿色在另一侧，然而，应理解，这种布局是本公开内容的光发射器的可能布置的一个示例，并且在另外的实施例中LED发射器被不同地布置。例如，在替代实施例中，第三LED阵列40的绿色和黄色LED可位于附图所示的第一LED阵列20的红色和琥珀色LED所在的后面。当然二向色滤光片/镜子52、54和/或152、154的配置将必须匹配LED的配置，使得在后面LED阵列的情况下所需的颜色穿过并进入射出光束56并且在侧面LED阵列的情况下所需的颜色反射到射出光束的方向。
至于LED光均化器10，LED光均化器100的二向色滤光片152和154的选择性透射和反射使得所有颜色的LED：红色、琥珀色、蓝色、青色、绿色和黄色，被组合、均化和叠加成单个射出光束56。二向色滤光片152和154包括射束组合器，该射束组合器被配置成分别将LED阵列20、30和40发射的光26、36和46组合成单个射出光束56。
图9示出了改进的LED光均化器200的又一实施例，并将控制光学器件添加到系统中。每个LED可具有准直光学系统58，用来准直和引导光束通过二向色滤光片152和154。该系统还可具有聚焦和均化光学器件60，聚焦和均化光学器件60可将出射光束56聚焦到焦点62。聚焦和均化光学器件60可以包括选自但不限于以下的光学元件：光学扩散器、全息扩散器、非高斯扩散器、任意横截面的积分棒、任意横截面的积分隧道或本领域众所周知的均化和混合光的其他光学装置。聚焦和均化光学器件60还可以包括选自但不限于以下的光学元件：单个正透镜或负透镜，或布置在一个或多个光学组中的多个透镜。这样的光学系统可具有可移动元件，使得聚焦和均化光学器件60的焦距可以调节。聚焦和均化光学系统60也可包括视场光阑、光圈、门、遮光片和本领域众所周知的其他光学设备。
对二向色滤光片52和54的滤光特性的控制是本公开内容的关键。滤光片必须精心制造，使其通带与所用LED的波长相匹配。图6所示的滤光片的波长响应以非常简化地形式示出。但在实践中，响应却远非如此方正或陡峭。此外，响应一般性地示出，以便它既可用于图1所示的实施例，也可用于图8和图9中所示的实施例。广义响应示出对应于图1中的二向色滤光片54和图8、图9中的二向色滤光片154的黄色二向色滤光片的在大约500nm处的截止长度。然而，在其他实施例中，针对图1的二向色滤光片54的截止长度可设计为接近600nm。
通过图1的示例性实施例，二向色滤光片54的设计应同时满足以下两个要求：(1)在大约450nm(蓝色)和大约475nm(青色)处的LED峰值处最大限度地提高光反射；(2)在大约625nm(琥珀色)和大约650nm(红色)处的LED峰值处最大限度地提高光透射。二向色滤光片52的设计应同时满足以下两个要求：(1)在大约550nm(绿色)和大约575nm(黄色)处的LED峰值处最大限度地提高光反射；(2)在大约450nm(蓝色)、大约475nm(青色)、大约625nm(琥珀色)和大约650nm(红色)处的LED峰值处最大限度地提高光透射。
通过图8的示例性实施例，二向色滤光片154的设计应同时满足以下两个要求：(1)在大约450nm(蓝色)和大约475nm(青色)处的LED峰值处最大限度地提高光反射；(2)在大约550nm(绿色)、大约575nm(黄色)、大约625nm(琥珀色)和大约650nm(红色)处的LED峰值处最大限度地提高光透射。二向色滤光片152的设计应同时满足以下两个要求：(1)在大约550nm(绿色)和大约575nm(黄色)处的LED峰值处最大限度地提高光反射；(2)在大约450nm(蓝色)、大约475nm(青色)、大约625nm(琥珀色)和大约650nm(红色)处的LED峰值处最大限度地提高光透射。
通过图1的示例性实施例和图7的LED峰值，二向色滤光片54的设计应同时满足以下两个要求：(1)在大约440nm(宝蓝色)、大约450nm(蓝色)和大约475nm(青色)处的LED峰值处最大限度地提高光反射；(2)在大约625nm(琥珀色)和大约650nm(红色)处的LED峰值处最大限度地提高光透射。二向色滤光片52的设计应同时满足以下两个要求：(1)在大约550nm(绿色)和大约575nm(黄色)处的LED峰值处最大限度地提高光反射；(2)在大约440nm(宝蓝色)、大约450nm(蓝色)、大约475nm(青色)、大约625nm(琥珀色)和大约650nm(红色)处的LED峰值处最大限度地提高光透射率。
通过图8的示例性实施例和图7的LED峰值，二向色滤光片154的设计应同时满足以下两个要求：(1)在大约440nm(宝蓝色)、大约450nm(蓝色)和大约475nm(青色)处的LED峰值处最大限度地提高光反射；(2)在大约550nm(绿色)、大约575nm(黄色)、大约625nm(琥珀色)和大约650nm(红色)的LED峰值处最大限度地提高光透射。二向色滤光片152的设计应同时满足以下两个要求：(1)在大约550nm(绿色)和大约575nm(黄色)的LED峰值处最大限度地提高光反射；(2)在大约440nm(宝蓝色)、大约450nm(蓝色)、大约475nm(青色)、大约625nm(琥珀色)和大约650nm(红色)处的LED峰值处最大限度地提高光透射。
应理解，在文中描述的每个实施例的优选模式中，LED阵列20、30和40由连接到这些阵列的控制器12控制。该连接可以是电气的，如图1所示，也可以是通过无线通信装置来实现以控制LED输出光的能力。在优选实施例中，对由其峰值波长限定的颜色的控件独立于其他类似限定的颜色而进行控制，并且多个阵列中的至少一个具有多个这样定义的颜色，每个都可独立控制。
图10示出了自动灯具的替代实施例，其包括改进的LED光均化器。具有自动和远程可控功能的灯具在娱乐和建筑照明市场上是众所周知的。这些产品通常用于剧院、电视演播室、音乐会、主题公园、夜总会和其他场所。一个典型的产品将提供对灯具的摇摄和平移功能的控制，允许操作者远程控制灯具指向的方向，从而控制光束在舞台或灯具可操作的其他空间的位置。通常，这种位置控制通过在两个正交旋转轴线上控制灯具的位置(通常称为摇摄和倾斜)来实现。许多产品提供对其他参数的控制，如强度、颜色、焦点、光束大小、光束形状和光束图案。光束图案通常是由称为遮光板的模板或滑板提供的，其可以是钢、铝或蚀刻玻璃模式。由罗布演出照明(Robe Show Lighting)制造的产品，如ColorSpot 700E在本领域是典型的。自动灯具300可包括顶盒306，轭304和头部302。在这种情况下，头部302包含作为光学引擎的光源的LED照明光均化器的实施例，光学引擎未在图10示出，而在下面的图中进一步示出并在下面的说明中进一步描述，现有技术的光学设备(如遮光板、快门、隔膜、棱镜、霜板(frost)、动画轮和本领域众所周知的其他光学设备)也在下面的图中进一步示出并在下面的说明中进一步描述。在替代实施例中，大多数光学引擎是固定的，光束的摇摄和/或倾斜定位是通过装有万向接头的镜子来完成的，装有万向接头的镜子将光束重定向使其接近于光学引擎的输出端。虽然这样的实施例并未示出，但在现有技术中是众所周知的。
图11示出了图10所示的自动灯具300的光学引擎320，其包括改进的LED光均化器。光源400是改进的光均化器的实施例。均化光通过源出射光学器件370从光源400离开。在光学引擎320中，光束然后通过旋转遮光板轮322、固定遮光板轮324、动画轮326、透镜系统332、可选的旋转棱镜系统328和可选的霜板系统330，最后通过最终的输出透镜334离开。应理解，图11所示的光学设备的布局、数量和描述是说明性的，并且本公开内容的应用并没有特别限制于此。在实践中，任何数量、布局和类型的光学设备可以用于自动灯具300，这是本领域众所周知的。
图12示出了LED光均化器的又一实施例，其可如图9所描述并且可用于图10所示的自动灯具300。光源400包括改进的光均化器的实施例以及冷却系统472和474。均化光通过出射光学器件470离开光源400。
图13示出了图1所示的LED光均化器的第一LED阵列130的又一实施例。在该实施例中，多个红色LED 132a、132b、132c和132d，以及多个琥珀色LED 134a、134b、134c和134d被安装在共同基板上并分布在第一LED阵列130上。红色和琥珀色LED中的每种颜色的LED的布置和数量可以选择，以优化两种颜色的混合和平衡。例如，如果琥珀色LED的功率(或亮度)是红色LED的两倍，那么琥珀色LED的数量可以只需为红色LED的数量的一半。在这种情况下，该阵列将包括三分之二的红色LED 132a、132b、132c、132d和三分之一的琥珀色LED134a、134b、134c、134d。示出的第一LED阵列130为圆形，但本公开内容并不限于此，第一LED阵列130可以是选自但不限于圆形、正方形、长方形、六边形或八边形的任意形状。
第一LED阵列130可以被划分成若干空间上分离的区域，每个区域都是独立供电和控制的。例如，图13示出了第一LED阵列130被划分为四个区域，区域A、区域B、区域C和区域D。如可以看到的那样，四个区域将LED阵列130分成象限。每个区域都有相应的补充的红色和琥珀色LED。区域A包括包含多个红色LED 132a和多个琥珀色LED 134a的LED阵列136a。区域B包括包含多个红色LED 132b和多个琥珀色LED134b的LED阵列136b。区域C包括包含多个红色LED 132c和多个琥珀色LED 134c的LED阵列136c。区域D包括包含多个红色LED 132d和多个琥珀色LED 134d的LED阵列136d。在每个区域内，红色LED可以与其他区域内的红色LED分开控制，琥珀色LED可以与其他区域内的琥珀色LED分开控制。在给出的例子中，可以有四个独立控制的红色区域，和四个独立控制的黄色区域。
在第一LED阵列130中，每个区域的颜色和强度是分别独立控制的。区域A发射的聚集光束可仅为红色，区域B可为红色和琥珀色的第一平衡，区域C可为红色和琥珀色的第二平衡，区域D可仅为琥珀色。类似地，无论每个区域的颜色如何，每个区域发射的光束可具有不同的强度，包括零强度——即，区域可不发光。
虽然附图示出第一LED阵列被划分成四个相等的周向区域，但本公开内容并不限于此，并且第一LED阵列可以被划分成任意数量、任意形状和任意布置的区域。例如，这些区域可形成围绕阵列中心的同心圆或其他任何布置。
类似地，第二和第三LED阵列也可被划分成多个区域，并这些阵列中的每一个中布置的彩色LED的区域是单独控制的。区域的数量和布置可以与第一LED阵列130所选的区域数量和布置相对应，也可以形成不同的数量、形状或布置的区域。
从图1和图8所示的LED光均化器10和100可知，LED阵列20、30、40中的各LED发射的射束的光轴大致平行，并且在LED光均化器10和100发射的射出光束56中不会被二向色滤光片器52和54或二向色滤光片152年和154显著改变。也就是说，不会造成射束的平行光轴的路径不平行或混合。文中使用的“大致平行”是指在制造公差内。甚至，即使在图9所示的LED光均化器200中，各LED射束的平行光轴也不会因为每个LED阵列中增加的准直光学系统58而发生显著改变。只有当射出光束56通过聚焦和均化光学器件60时，各LED射束才会聚合和混合。
因此，将LED阵列130分离成多个区域，由此相应地将LED阵列130发射的光束分离成相应的区域。由于各LED射束的平行光轴不会被LED光均化器10和100混合，因此，类似地当LED阵列130用于LED光均化器10和100时从LED阵列130的每个区域发射的聚集射束不会与从其他区域发射的聚集射束混合。也就是说，根据本公开内容，LED阵列130中的区域在LED光均化器中被维持。
如上所述，根据本公开内容，在LED光均化器中所有三个LED阵列均可被划分成多个区域，在该实施例中，每个LED阵列的区域将在从LED光均化器发射的光束中被维持。在每个LED阵列通过其区域被划分成象限并且每个LED阵列的区域被取向成与其他LED阵列的区域对准的实施例中，从LED光均化器发射的射束具有对应于LED阵列的区域的象限。在这样的实施例中，从LED光均化器发射的射束的任何象限中的光可具有来自每个LED阵列中的一个或多个相应区域的颜色，可具有从一个或多个相应区域发射的光引起的强度，或可没有光，因为所有相应区域是黑的。在此类实施例中，一个或多个LED阵列上的区域之间的颜色和/或强度变化序列将产生从LED光均化器发射的射束的区域之间相应的颜色和/或强度变化序列。
将理解，在一些LED阵列的区域数量和/或布置与其他阵列的区域数量或布置不同的其他实施例中，来自每个LED阵列的区域将在从LED光均化器发射的射束中被维持，但是这样的LED阵列的区域的组合效果将不同于——并且在一些这样的实施例中，更复杂于——上述具有四个对准的象限的LED阵列的效果。在其他这样的实施例中，LED阵列可被划分为八个八分圆，其中两个八分圆与其他LED阵列的象限区域对准。在其他这样的实施例中，LED阵列可被划分成两个或更多个环形阵列。
尽管已经参照有限数量的实施例对本公开内容进行了描述，然而从本公开内容中获益的本领域技术人员将理解的是，可以构想出并不违背在此处公开的本公开内容的范围的其他实施例。本公开内容已经详细地进行了描述，然而，在不违背本公开内容的精神和范围的情况下，可以对其做出多种改变、替换和变更。

Claims (13)

1.一种光源，所述光源包括：
第一发光二极管(LED)阵列，其安装在第一共同基板上，所述第一LED阵列：
发射的射束的光轴大致平行，
包括第一组LED和第二组LED，所述第一组LED和所述第二组LED分别产生第一和第二种颜色的光，以及
包括第一多个区域，所述第一多个区域中的每个区域与所述第一多个区域中的其他区域在空间上分离，所述第一多个区域中的每个区域包含来自所述第一组LED和所述第二组LED中的每组LED的LED，所述第一多个区域中的每个区域的LED被配置成独立于所述第一多个区域中的其他区域的LED的强度控制而进行强度控制；第二LED阵列，其安装在第二共同基板上，所述第二LED阵列：
发射的射束的光轴大致平行，
包括第三组LED和第四组LED，所述第三组LED和所述第四组LED分别产生第三和第四种颜色的光，以及
包括第二多个区域，所述第二多个区域中的每个区域与所述第二多个区域中的其他区域在空间上分离，所述第二多个区域中的每个区域包含来自所述第三组LED和所述第四组LED中的每组LED的LED，所述第二多个区域中的每个区域的LED被配置成独立于所述第二多个区域中的其他区域的LED的强度控制而进行强度控制；第三LED阵列，其安装在第三共同基板上，所述第三LED阵列：
发射的射束的光轴大致平行，
包括第五组LED，所述第五组LED产生第五种颜色的光；
包括第三多个区域，所述第三多个区域中的每个区域与所述第三多个区域中的其他区域在空间上分离，所述第三多个区域中的每个区域包含来自所述第五组LED的LED，所述第三多个区域中的每个区域的LED被配置成独立于所述第三多个区域中的其他区域的LED的强度控制而进行强度控制；以及
射束组合器，其被配置成组合来自所述第一LED阵列、所述第二LED阵列和所述第三LED阵列的光束以产生射出光束，所述射束组合器被配置成在所述射出光束中保持来自所述第一LED阵列、所述第二LED阵列和所述第三LED阵列中的每个LED阵列的光束的光轴彼此大致平行。
2.根据权利要求1所述的光源，其中所述射出光束包括第四多个区域，所述第四多个区域中的每个区域与所述第一多个区域、第二多个区域和第三多个区域中的一个多个区域中的区域相对应。
3.根据权利要求1所述的光源，其中所述第一LED阵列、所述第二LED阵列和所述第三LED阵列中的每个LED阵列包括将LED阵列划分成象限的四个区域。
4.根据权利要求3所述的光源，其中所述第一LED阵列、所述第二LED阵列和所述第三LED阵列中的每个LED阵列的所述四个区域与另外两个LED阵列中的每个LED阵列的相应区域对准。
5.根据权利要求1所述的光源，其中从所述第一组LED中的LED发射的光的强度能够独立于从所述第二组LED中的LED发射的光的强度进行控制。
6.根据权利要求1所述的光源，其中所述第一组LED中的LED和所述第二组LED中的LED一起物理地散布在所述第一共同基板上。
7.根据权利要求6所述的光源，其中所述第一组LED中的LED的第一数量和所述第二组LED中的LED的第二数量基于所述第一组LED中的LED与所述第二组LED中的LED之间的亮度比。
8.一种灯具，所述灯具包括：
头部；
定位机构，所述定位机构耦接至所述头部并且被配置成使所述头部绕至少一个旋转轴线旋转；以及
根据权利要求1-7中任一项所述的光源，所述光源耦接至所述头部。
9.根据权利要求8所述的灯具，还包括第一、第二和第三准直光学系统，每个准直光学系统与所述第一LED阵列、所述第二LED阵列和所述第三LED阵列中的相关联的LED阵列光学耦接，其中每个准直光学系统被配置成准直来自所述相关联的LED阵列中的LED的光束同时将来自所述相关联的LED阵列的LED的光束的光轴保持为彼此大致平行。
10.根据权利要求8所述的灯具，其中所述至少一个旋转轴线是第一旋转轴线，并且所述定位机构还被配置成使所述头部绕第二旋转轴线旋转，所述第二旋转轴线正交于所述第一旋转轴线。
11.根据权利要求8所述的灯具，还包括冷却系统，所述冷却系统热耦接至所述光源并且被配置成移除所述光源生成的热。
12.根据权利要求8所述的灯具，还包括控制器，所述控制器电耦接至所述第一组LED、所述第二组LED、所述第三组LED、所述第四组LED和所述第五组LED，并且被配置成单独控制所述第一组LED、所述第二组LED、所述第三组LED、所述第四组LED和所述第五组LED中的至少一组LED的亮度。
13.根据权利要求12所述的灯具，其中所述控制器被配置成单独控制下述LED的亮度：(i)来自所述第一多个区域中的每个区域中的所述第一组LED和所述第二组LED中的每组LED的LED；(ii)来自所述第二多个区域中的每个区域中的所述第三组LED和所述第四组LED中的每组LED的LED；以及(iii)来自所述第三多个区域中的每个区域中的所述第五组LED的LED。
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