專利名稱：改善顏色均勻性的led舞臺燈光照明設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及照明裝置或其系統(tǒng)的功能特征或零部件，特別是涉及主要用于舞
臺燈光照明的設(shè)備。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)大功率舞臺燈光主要采用金鹵放電泡作為光源；由于金鹵放電泡為白色光源，所述照明設(shè)備發(fā)出的燈光色彩需要通過在金鹵放電泡前設(shè)置濾光片實(shí)現(xiàn)。所述金鹵放電泡使用壽命較低，只有幾百小時到數(shù)千小時不等；如果使用濾光片獲得多種色彩的舞臺照明燈光，投射出圖像的色彩飽和度低，色彩不鮮艷，色彩也不豐富。發(fā)光二極管LED光源為綠色無污染的干凈節(jié)能光源，且使用壽命高，隨著光通量逐年提升，所述LED光源已經(jīng)在照明領(lǐng)域內(nèi)逐漸成為開發(fā)應(yīng)用的首選裝置。LED光源可以發(fā)出多種單色光，如果舞臺燈光照明設(shè)備采用LED光源，可以省掉傳統(tǒng)方式中的濾光片，而利用RGB三基色光原理，通過調(diào)節(jié)發(fā)出紅色光、綠色光和藍(lán)色光的LED的電流的方法獲得任意色彩的RGB三基色混合光。由于單色LED的發(fā)光顏色飽和度比較高，因而在舞臺燈光上采用LED光源，在色彩表現(xiàn)上有非常高的自由度。 現(xiàn)有技術(shù)LED發(fā)熱量高，單個LED芯片不能承受高功率且發(fā)光效率還不是很高，通
常采用LED陣列的方式來實(shí)現(xiàn)高光通量以獲得理想的舞臺燈光照明光源。 申請?zhí)枮?00720061982. 0的中國專利公開了一種舞臺燈的光源組件，采用一個
LED陣列和大型散熱裝置，可以提供一百瓦的發(fā)光功率，并可通過控制該LED陣列中的不同
色LED的工作來實(shí)現(xiàn)色彩調(diào)整。其不足之處在于基于散熱和光通量等性能指標(biāo)，尤其是輸
出光的亮色均勻性方面的考慮，該光源組件尚不能滿足大功率舞臺燈光的需求。 為此，本公司曾提出中國專利申請中，將來自多個LED陣列的單色光通過分光合
色裝置來合成為一束，可以提高光源的輸出功率及改善光輸出亮色均勻性。 上述技術(shù)還存在一些缺陷和不足之處 1.組成所述LED陣列的各LED芯片的發(fā)射光譜、亮度和溫度特性都不一樣，各LED芯片發(fā)出的光經(jīng)過后續(xù)光學(xué)系統(tǒng)投射到舞臺或者屏幕上時，在該舞臺或者屏幕上某一個部分對應(yīng)每一個LED芯片發(fā)出光的特性，例如亮度和光譜，都不一樣，從而造成投射出的圖像局部偏色； 2.僅僅依靠所述分光合色裝置不能令各單色光混合后達(dá)到很好的混光效果，從而造成投射在舞臺或者屏幕上的圖像顏色均勻性較差，尤其會使投射出的白場偏色。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提出一種提高混光效果的LED舞臺燈光照明設(shè)備，以解決投射在舞臺或者屏幕上的圖像出現(xiàn)偏色問題。[0010] 本發(fā)明解決所述技術(shù)問題還可以通過采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)[0011] 設(shè)計、制造一種改善顏色均勻性的LED舞臺燈光照明設(shè)備，包括分別發(fā)出紅光、綠光、藍(lán)光的三個LED陣列、分別正對各LED陣列的透鏡陣列、分光合色裝置和透鏡；所述各LED陣列發(fā)出的光分別通過各自正對的透鏡陣列射入分光合色裝置進(jìn)行混光，而后通過所述透鏡射出舞臺照明光；尤其是，包括置于所述合光裝置和聚焦透鏡之間的一復(fù)眼透鏡對，該復(fù)眼透鏡對包括兩個相對的復(fù)眼透鏡，每一復(fù)眼透鏡均由緊密聯(lián)結(jié)在一起的且鏡面曲率相同的復(fù)數(shù)個透鏡單元構(gòu)成；沿光路方向，后一復(fù)眼透鏡位于前一復(fù)眼透鏡的焦點(diǎn)處。[0012] 為了提高LED光源的利用率，各所述透鏡單元的縱向截面呈正六邊形或者正方形，各透鏡單元無縫聯(lián)結(jié)在一起；或者，各所述透鏡單元的縱向截面呈圓形，各透鏡單元邊緣相切地緊密聯(lián)結(jié)在一起。所述復(fù)眼透鏡用玻璃制成，或者用塑膠制造并經(jīng)過開膜工藝處理而成。所述復(fù)眼透鏡對是一體成型的。 所述分光合色裝置是X型分光合色裝置，或者是分光合色棱鏡；該X型分光合色裝置包括兩個垂直交叉設(shè)置的分光合色濾光片，以及由該兩分光合色濾光片交叉形成的三個光入射口和一個光出射口 ；所述分光合色濾光片是二向色片，或者是鍍有分光濾光膜的透光片。 所述分光合色裝置還可以是如下方案，包括兩片平行的分光合色濾光片；所述分光合色濾光片包括分別從該分光合色濾光片兩個側(cè)面入射的第一入射口和第二入射口 ，以及與該分光合色濾光片反射面?zhèn)认蛳鄬Φ某錾淇凇Ｑ毓馐较?，第一片分光合色濾光片的出射口正對第二片分光合色濾光片的第一入射口 ，從而，來自所述三個LED陣列的光分別射入該第一片分光合色濾光片的兩入射口和第二片分光合色濾光片的第二入射口，合成的光由所述第二片分光合色濾光片的出射口射出。所述分光合色濾光片是二向色片，或者是鍍有分光濾光膜的透光片。 所述LED舞臺燈光照明設(shè)備還包括帶有設(shè)置在所述透鏡出射光路上的圖案片的圖案盤。 同現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實(shí)用新型"提高混光效果的LED舞臺燈光照明設(shè)備"的技術(shù)效果在于 所述復(fù)眼透鏡對合色分光裝置初步混合成的光進(jìn)行切割積分，從而提高該混合光的均勻性，令投射在舞臺或者屏幕上的圖像的白場亮度和顏色均勻性都有提高，解決了現(xiàn)有技術(shù)LED舞臺燈光照明設(shè)備的偏色問題；而且，在解決LED舞臺燈光照明設(shè)備偏色問題同時，考慮到照明光斑與圓形圖案相匹配，所述復(fù)眼透鏡對的各透鏡單元的縱向截面采用正六邊形設(shè)計，使光學(xué)效率達(dá)到最優(yōu)。

圖1是本實(shí)用新型第一實(shí)施例的光路示意圖； 圖2是所述第一實(shí)施例的復(fù)眼透鏡300的光路原理示意圖； 圖3是所述第一實(shí)施例的圖案盤500的正投影示意圖； 圖4是所述第一實(shí)施例的復(fù)眼透鏡300的正投影示意圖； 圖5是圖4復(fù)眼透鏡實(shí)施例縱向截面的局部示意圖； 圖6是圖4復(fù)眼透鏡實(shí)施例的光能量損耗示意圖； 圖7是所述第一實(shí)施例所獲得的投射光斑； 圖8是圖7所示光斑的照度測試曲線；[0026] 圖9是本發(fā)明復(fù)眼透鏡300第二實(shí)施例的正投影示意圖； 圖10是圖9復(fù)眼透鏡實(shí)施例縱向截面的局部示意圖； 圖11是本發(fā)明復(fù)眼透鏡300第三實(shí)施例的局部正投影示意圖； 圖12是圖11復(fù)眼透鏡的光能量損耗示意圖； 圖13是本實(shí)用新型設(shè)備第二實(shí)施例的光路示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖所示各實(shí)施例作進(jìn)一步詳述。 本實(shí)用新型涉及一種改善顏色均勻性的LED舞臺燈光照明設(shè)備，如圖1所示，包括分別發(fā)出紅光、綠光、藍(lán)光的三個LED陣列110、分別正對各LED陣列的透鏡陣列120、分光合色裝置200和聚焦透鏡400。所述LED陣列110是由按陣列均勻排布的LED芯片111組成，從而形成陣列光源。所述透鏡陣列由分別正對各LED芯片111的透鏡121組成。所述各LED陣列IIO發(fā)出的光分別通過各自正對的透鏡陣列120射入分光合色裝置200進(jìn)行混光，而后通過所述聚焦透鏡400射出舞臺照明光。尤其是，所述LED舞臺燈光照明設(shè)備還包括置于所述分光合色裝置200和聚焦透鏡400之間的一復(fù)眼透鏡對300，該復(fù)眼透鏡對300包括兩個相對的復(fù)眼透鏡，每一復(fù)眼透鏡均由緊密聯(lián)結(jié)在一起的且鏡面曲率相同的復(fù)數(shù)個透鏡單元310構(gòu)成；沿光路方向，后一復(fù)眼透鏡位于前一復(fù)眼透鏡的焦點(diǎn)處。[0033] 為了使投射在舞臺上的光斑具有圖案效果，所述LED舞臺燈光照明設(shè)備還包括帶有圖案片的圖案盤500，所述圖案片設(shè)置在所述聚焦透鏡400的出射光路上。[0034] 本發(fā)明各實(shí)施例，所述LED陣列110的LED芯片111是方形光源，發(fā)光角度為180° 。所述透鏡陣列120將各LED芯片111發(fā)出的光準(zhǔn)直成近平行光束。所述分光合色裝置200用于將紅色、綠色和藍(lán)色三種單色光初步混合并射出該經(jīng)過混合的平行光。在分光合色裝置200與聚焦透鏡400之間的光路上，沿光路方向，位于前方的復(fù)眼透鏡300是將合色分光裝置200中射出的混合平行光聚焦在位于后方的復(fù)眼透鏡300的表面上。位于前方的復(fù)眼透鏡300的各透鏡單元310對入射面積上的光強(qiáng)度進(jìn)行切割積分，該位于前方的復(fù)眼透鏡300的各透鏡單元310經(jīng)過位于后方的復(fù)眼透鏡300和聚焦透鏡400成像在圖案盤500上，每個透鏡單元310在圖案盤500上進(jìn)行強(qiáng)度積分，即位于前方的復(fù)眼透鏡300的各透鏡單元310前表面都成像在圖案盤500處，這樣就在圖案盤500得到很好的亮度均勻性和顏色均勻性。圖7和圖8是經(jīng)實(shí)驗(yàn)測得的應(yīng)用本發(fā)明投射出的光斑及其光學(xué)特性，可見，該光斑的光學(xué)特性(照度)很均勻。因此，本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)LED舞臺燈光照明設(shè)備的偏色問題，改善了顏色的均勻性。 所述透鏡單元310在豎直放置時的縱向截面的形狀應(yīng)當(dāng)與圖案盤500的形狀相匹配以取得較高的光學(xué)利用率。在舞臺燈光照明時，通常都需要在舞臺投射圓形光斑，因此在本發(fā)明第一實(shí)施例及其它各實(shí)施例中，如圖3所示，所述圖案盤500上的圖案片較常采用的是圓形。此時，所述復(fù)眼透鏡300的各透鏡單元310的形狀和排布關(guān)系就是造成光能量損耗的主要因素。從復(fù)眼透鏡300方面考慮提高光學(xué)利用率，就需要各透鏡單元310無縫聯(lián)結(jié)，一般只有縱向中心截面是正多邊形時，才能做到透鏡單元310的無縫聯(lián)結(jié)。但是，這種復(fù)眼透鏡300形成的正多邊形光斑投射在圓形圖案片，必然會有部分光線不能投射在圓形圖案片上，從而造成光能量損失。從圖案盤500方面考慮提高光學(xué)利用率，就需要投射光斑的形狀是圓形，那么各透鏡單元310的縱向截面以圓形為佳。但是，這種縱向截面是圓形的透鏡單元310無法實(shí)現(xiàn)無縫聯(lián)結(jié)，只能相切聯(lián)結(jié)，此時，不是所有的光線都能經(jīng)過各透鏡單元310，從而導(dǎo)致光能量損耗。本發(fā)明復(fù)眼透鏡第一實(shí)施例，如圖4和圖5所示，所述透鏡單元310豎立放置時的縱向截面呈正六邊形，各透鏡單元310緊密得無縫聯(lián)結(jié)在一起。圖6中陰影部分610就是投射在圖案片上的光斑面積最大時的光能量的損耗部分。本發(fā)明復(fù)眼透鏡第二實(shí)施例，如圖9和圖10所示，所述透鏡單元310豎立放置時的縱向截面呈圓形，各透鏡單元310互相緊靠且邊緣相切地聯(lián)結(jié)在一起。此時，投射的光斑雖然可以布滿整個圖案片，但通過圖10中陰影部分620的光線不能投射在圖案片上，因此，該陰影部分620就是所述第二實(shí)施例的光能量損耗部分。本發(fā)明復(fù)眼透鏡第三實(shí)施例，如圖ll所示，所述透鏡單元310豎立放置時的縱向截面呈正方形，各透鏡單元310緊密得無縫聯(lián)結(jié)在一起。圖12中的陰影部分630就是投射在圖案片上的光斑面積最大時的光能量的損耗部分。分析圖6、圖10和圖12可以確定，對于相同面積的圓形圖案片，第一實(shí)施例至第三實(shí)施例各自的光能量損耗逐步增加。 所述復(fù)眼透鏡300用玻璃制成，或者用塑膠制造并經(jīng)過開膜工藝處理而成?？紤]到成本及裝配方便，該復(fù)眼透鏡對300最好為一體成型的，這樣對著光路的兩面將呈波浪形凸出狀。 所述合色分光裝置200可以有如下兩種實(shí)現(xiàn)方案 如圖1所示，所述分光合色裝置200是X型分光合色裝置210，或者是分光合色棱鏡；該X型分光合色裝置210包括兩個垂直交叉設(shè)置的分光合色濾光片230，以及由該兩分光合色濾光片230交叉形成的三個光入射口 212和一個光出射口 213 ;所述分光合色濾光片230是二向色片，或者是鍍有分光濾光膜的透光片。 如圖13所示，本發(fā)明設(shè)備第二實(shí)施例，所述分光合色裝置200包括兩片平行的分光合色濾光片230 ;所述分光合色濾光片230包括分別從該分光合色濾光片230兩個側(cè)面入射的第一入射口 231和第二入射口 232，以及與該分光合色濾光片230反射面?zhèn)认蛳鄬Φ某錾淇?233 ;沿光束方向，第一片分光合色濾光片230的出射口 233正對第二片分光合色濾光片230的第一入射口 231，從而，來自所述三個LED陣列110的光分別射入該第一片分光合色濾光片230的兩入射口 231、232和第二片分光合色濾光片230的第二入射口 232，合成的光由所述第二片分光合色濾光片230的出射口 233射出；所述分光合色濾光片230是二向色片，或者是鍍有分光濾光膜的透光片。
權(quán)利要求一種改善顏色均勻性的LED舞臺燈光照明設(shè)備，包括分別發(fā)出紅光、綠光、藍(lán)光的三個LED陣列(110)、分別正對各LED陣列的透鏡陣列(120)、分光合色裝置(200)和聚焦透鏡(400)；所述各LED陣列(110)發(fā)出的光分別通過各自正對的透鏡陣列(120)射入分光合色裝置(200)進(jìn)行混光，而后通過所述聚焦透鏡(400)射出舞臺照明光；其特征在于還包括置于所述分光合色裝置(200)和聚焦透鏡(400)之間的一復(fù)眼透鏡對(300)，該復(fù)眼透鏡對(300)包括兩個相對的復(fù)眼透鏡，每一復(fù)眼透鏡均由緊密聯(lián)結(jié)在一起的且鏡面曲率相同的復(fù)數(shù)個透鏡單元(310)構(gòu)成；沿光路方向，后一復(fù)眼透鏡位于前一復(fù)眼透鏡的焦點(diǎn)處。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述改善顏色均勻性的LED舞臺燈光照明設(shè)備，其特征在于各所述透鏡單元(310)的縱向截面或者呈正六邊形，或者呈正方形；各透鏡單元(310)無縫聯(lián)結(jié)在一起。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述改善顏色均勻性的LED舞臺燈光照明設(shè)備，其特征在于各所述透鏡單元(310)的縱向截面呈圓形，各透鏡單元(310)邊緣相切地緊密聯(lián)結(jié)在一起。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述改善顏色均勻性的LED舞臺燈光照明設(shè)備，其特征在于所述分光合色裝置(200)是X型分光合色裝置(210)，或者是分光合色棱鏡；該X型分光合色裝置(210)包括兩個垂直交叉設(shè)置的分光合色濾光片(230)，以及由該兩分光合色濾光片(230)交叉形成的三個光入射口 (212)和一個光出射口 (213)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述改善顏色均勻性的LED舞臺燈光照明設(shè)備，其特征在于所述分光合色裝置(200)包括兩片平行的分光合色濾光片(230);所述分光合色濾光片(230)包括分別從該分光合色濾光片(230)兩個側(cè)面入射的第一入射口 (231)和第二入射口 (232)，以及與該分光合色濾光片(230)反射面?zhèn)认蛳鄬Φ某錾淇?(233);沿光束方向，第一片分光合色濾光片(230)的出射口 (233)正對第二片分光合色濾光片(230)的第一入射口 (231)，從而，來自所述三個LED陣列(110)的光分別射入該第一片分光合色濾光片(230)的兩入射口 (231、232)和第二片分光合色濾光片(230)的第二入射口 (232)，合成的光由所述第二片分光合色濾光片(230)的出射口 (233)射出。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述改善顏色均勻性的LED舞臺燈光照明設(shè)備，其特征在于所述分光合色濾光片(230)是二向色片，或者是鍍有分光濾光膜的透光片。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述改善顏色均勻性的LED舞臺燈光照明設(shè)備，其特征在于還包括帶有圖案片的圖案盤(500)，所述圖案片設(shè)置在所述聚焦透鏡(400)的出射光路上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述改善顏色均勻性的LED舞臺燈光照明設(shè)備，其特征在于所述復(fù)眼透鏡對(300)是一體成型的。
專利摘要一種改善顏色均勻性的LED舞臺燈光照明設(shè)備，包括分別發(fā)出紅光、綠光、藍(lán)光的三個LED陣列、分別正對各LED陣列的透鏡陣列、分光合色裝置和聚焦透鏡；尤其是，還包括置于所述分光合色裝置和聚焦透鏡之間的一復(fù)眼透鏡對，該復(fù)眼透鏡對包括兩個相對的復(fù)眼透鏡，每一復(fù)眼透鏡均由緊密聯(lián)結(jié)在一起的且鏡面曲率相同的復(fù)數(shù)個透鏡單元構(gòu)成；沿光路方向，后一復(fù)眼透鏡位于前一復(fù)眼透鏡的焦點(diǎn)處。所述復(fù)眼透鏡對合色分光裝置初步混合成的光進(jìn)行切割積分，從而提高該混合光的均勻性，令投射圖像的白場亮度和顏色均勻性都有提高，解決了現(xiàn)有技術(shù)LED舞臺燈光照明設(shè)備的偏色問題。
文檔編號F21V9/00GK201487708SQ200920134369
公開日2010年5月26日 申請日期2009年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月31日
發(fā)明者張權(quán), 李屹 申請人:深圳市光峰光電技術(shù)有限公司