提高led光源显色指数的装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种提高LED光源显色指数的装置，包括一光源，其中，在所述光源发出的白光光路通道中还设有至少一块对波长在500nm—540nm范围内的基色光进行反射、对其余波段的基色光进行全透处理的滤光片，或者在所述光源中将蓝色LED灯表层涂覆一定比例的能够被蓝光激发的荧光粉，以获得高显色指数。与现有技术相比，本实用新型采用了滤光片设计或将蓝色LED灯表层涂覆一定比例的能够被蓝光激发的荧光粉，对某一基色光(其某部分光谱对CRI产生负的影响)的光谱进行整形，从而整体光源的颜色的还原性，此滤光片对特殊的波长光谱反射，另外的光谱透射，对CRI有着显著的提高，可以满足电台、摄影棚等对光源要求较高的场合要求。
【专利说明】提高LED光源显色指数的装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及光学【技术领域】，尤其涉及一种在专业舞台领域中能够提高LED光 源显色指数的装置。
【背景技术】
[0002] 随着近几年半导体固体光源的飞速发展以及困扰全球的能源紧张，全球气候变暖 等问题，半半导体LED光源以其节能，环保，光亮及色温可控等优点，已在各行各业上已广 泛应用，大有取代传统光源的优势。相信在不久的将来，随着LED的成本的降低及光效率的 提高，半导体LED光源会全面的取代传统光源。
[0003] 为顺应科技发展的潮流，在2009年，深圳市光锋光电技术有限公司征对舞台灯光 电脑摇头图案灯，推出全球首款大功率三基色（R，G和B) LED光源（如图1)。在此光源装 置中，所有合成颜色都是通过分别控制R，G，和B三基色LED的驱动电流来实现颜色的配 t匕，因为采用三基色LED直接发光，因而单色光的颜色饱和度是非常高，比较满足舞台演出 对颜色比较鲜艳的要求。但采用R，G，和B三基色LED光源的一个缺点是：因为采用滤光合 色片，在此三基色合成的白光中，光谱不连续，即使连续，在滤光片截止波长附近，光谱的能 量非常低（如图2)，因而此光源的显色指数非常低；另外，三基色R，G，和B属于窄光谱，因 而合成光谱中有很大的波谷，这也是造成光源显色性比较差的原因。在三基色R，G和B光 源中，白平衡在6500K的时候，CRI只有40左右，3200K的时候，只有15左右。
[0004] 如此之低的CRI限制了 LED舞台灯光源在专业场合的应用，特别是电视台及剧院， 因为涉及到拍摄及专业级别比价高，在3200K的色温要求照明光源颜色的还原性比较高， 也就是照明光源的显色性要达到90左右。为了提高照明光源颜色的显色性，深圳市光锋光 电技术有限公司开发了基于三通道X-Mirror的多基色光源（大于四色，如5基色，6基色， 7基色等），该多基色光源的优点是：一，基于三通道X-Mirror光学系统，在同等光通量输 出的前提下，维持光源最小的光学扩展量；二，采用多基色LED光源，各基色LED光源的单色 光饱和度很高（如饱和的琥珀色，青色等），光源系统输出的色域更广，满足了专业舞台演 出对颜色鲜艳的要求；三，因为采用多基色LED光源，除了色温可调之外，可以混出无数种 颜色；四，除了采用窄波段的多基色LED光源外，还采用了宽波段的基色光，结合X-Mirror 的截止波长，最大限度的通过波长合光，使系统合光效率最高，光谱最连续，使合成的白光 还原性最好；五，此光源可以最大限度满足舞台演出高色温光色效果要求，又能满足低色温 (3200K&5600K)的照明要求。六，因为采用多基色LED光源，各校正色温的光通量及CRI可 以动态可调，满足不同场合的应用需求。
[0005] 虽然以上光源有诸多优点，但在校正色温3200K，最大显色指数只能做到90左右， 在比较专业的应用场合，如电视台、摄影棚等，还需要更高的显色指数，才能满足专业的摄 影要求，此种要求光源的显色性更高。
[0006] 目前，市面上商用LED直接发出的窄带基色光（如红光，橙光，红光，琥珀色，绿色， 青色，兰色，深蓝色及UV光）的峰值光谱比较固定，波形也比较恒定，在舞台应用铺光的场 合（柔和光斑的效果，此种场合对光源的光学扩展量要求不高），有些产品采用以上5基 色-8基色来产生高显的白光。在此光源的系统中，通过调节各基色光的电流来校正各色 温，当基色光大于三基色时，各校正白平衡色温有无穷组组合，无论什么组合，对于某一校 正的色温，其合成光中任何单基色光的光谱只是在峰值波长的地方幅度的变化（当调整各 单基色LED的电流时），光谱形状不会有任何改变，如图3所示，由窄波段的R，G，B，Amber LED和蓝光LED激发绿光荧光粉产生的宽波段组成的5基色光源，图中合成3200K色温有两 种光谱，两种光谱的显色性及光通量不同，光谱1的显色指数为82,而光谱2的显色指数只 有70,同一色温，5基色光源不同比例组成，其显色指数差异非常大；另外，同一色温，5基色 光源不同比例组成，只是单基色光的幅度变化，波形无任何变化，这样的方式调节白平衡， 其最大CRI是有限制的，要在3200K，CRI要达到95左右，采用此种方式调节，是不可能实现 的。
[0007] 因此，如何设计一种在由多基色LED光源或其它组成的照明光源中，能通过修改 某些对CRI影响比较大的单基色光源光谱的波形，提高多基色LED光源的显色性的装置便 成为了亟待解决的问题。 实用新型内容
[0008] 基于现有技术中存在的上述不足，本实用新型现提出一种提高LED光源显色指数 的装置，以解决原有的多基色LED光源照明中CRI指数不高、无法满足一些电视台专业摄影 的要求的问题。
[0009] 本实用新型所公开的一种提高LED光源显色指数的装置，包括一光源，其中，在所 述光源发出的白光光路通道上还设有至少一块滤光片，其中，所述滤光片对波长在500nm- 540nm范围内的基色光进行反射、对其余波段的基色光进行全透处理。
[0010] 优选地，所述滤光片的反射率为5 %?70%。
[0011] 进一步地，所述光源包括：发光通道、二向分色片、复眼透镜、聚光镜以及通孔，其 中，
[0012] 所述发光通道，设有至少一组，每组发光通道包括多个LED灯阵列；
[0013] 所述二向分色片，设有两个且交叉设置在所述发光通道中，用于将从各个所述发 光通道发出的光线进行汇聚合成一束光线；
[0014] 所述复眼透镜，设于所述发光通道及二向分色片之后，双排坚向平行设置，用于对 光束进行勻光处理；
[0015] 所述聚光镜，设于所述复眼透镜之后，用于将光束聚焦在通孔处，使光束从所述通 孔处发出。
[0016] 优选地，所述滤光片设在所述通孔之后，或者设在所述通孔之前、聚光镜之后。
[0017] 进一步地，各发光通道发出的光由单个基色光交错排列合成，或者由某基色光与 其他波段的基色光交错排列合成。
[0018] 优选地，所述发光通道包括三组LED灯阵列，所述LED灯阵列与二向分色片形成三 通道的X-MIRR0R结构，其中一发光通道发光通道与另外两个发光通道发光通道垂直设置。
[0019] 更优选地，所述滤光片固定在一旋转座中，所述旋转座可带动所述滤光片旋转。
[0020] 更进一步地，所述旋转座连接于控制电机上,所述电机的转速和方向由主控计算 机控制。
[0021] 优选地，所述多个LED灯阵列中的各LED灯的表层涂覆有一定比例的能够被蓝光 激发的荧光粉，通过设置各LED灯上所述荧光粉的配比使所述多个LED灯阵列出射的白光 具有1?显色指数。
[0022] 与现有技术相比，本实用新型所提供的一种提高LED光源显色指数的装置，在由 多基色LED光源或其它组成的照明光源中，通过滤光片对光谱有选择的滤光后，修改某些 对CRI影响比较大的单基色光源光谱的波形，能够最大限度的提高多基色LED光源的显色 性，基本上可以满足电视台专业摄影的要求，此外，该滤光片固定在一个可以旋转的装置 中，当需要高显色指数时，将滤光片旋转到光学通道中，从而获得最高的光源的显色指数； 当光源不需要高显色指数或需要其它应用时，将滤光片旋离光学通道，使用极为方便，也扩 展了 LED光源在专业场所中的应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1是现有技术采用的一种大功率三基色LED光源装置的示意图。
[0024] 图2是采用图1所述的光源装置产生的波长和光谱能量的对应关系图。
[0025] 图3是现有技术中采用窄带基色光源系统的光谱曲线图。
[0026] 图4是本实用新型所述的一种提高LED光源显色指数装置的示意图。
[0027] 图5是在5基色3200K时的相对光谱曲线图。
[0028] 图6是采用本实用新型所述的一种提高LED光源显色指数装置的滤光片透过率曲 线图。
【具体实施方式】
[0029] 以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本 实用新型的保护范围。如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定部件。本领 域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个部件。本说明书及权利 要求并不以名称的差异来作为区分部件的方式，而是以部件在功能上的差异来作为区分的 准则。说明书后续描述为实施本实用新型的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本新型的 一般原则为目的，并非用以限定本实用新型的范围。本实用新型的保护范围当视所附权利 要求所界定者为准。
[0030] 下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。
[0031] 要获得多基色光最大CRI，对于某一目标色温（3200K)，除了调节各基色LED的电 流，使其合成的光谱色满足色温的要求，不同基色光组成的光谱（同色异谱）有无数种，必 然有一种的CRI最高；另外，经过局部或整体修改基色光的波形，配合各基色LED的电流的 调节，也可以显著提高光源的CRI。
[0032] 如图4所示，本实用新型提出的一种提高LED光源显色指数的装置，包括一光源， 其中，在所述光源发出的白光光路通道上还设有至少一块滤光片发光通道，用于对部分光 谱进行有选择的滤光处理。
[0033] 具体来说，所述滤光片设计成能够对波长在500nm -540nm范围内的基色光进行 反射、对其余波段的基色光进行全透处理的特性，且其反射率为5%?70%，反射率的调整 可通过对滤光片的厚度及设置相应颜色的涂层来实现。
[0034] 所述光源包括：发光通道、二向分色片15、复眼透镜17、聚光镜18以及通孔19。其 中，所述发光通道，设有至少一组，每组均由多个依次排列的LED灯组成，各发光通道发出 的光可以由单个基色光，如由单一的R基色光、G基色光、B基色光交错排列合成，或者由某 基色光与其他波段的基色光交错排列合成，如R基色光和Amber (琥珀色）LED基色光合成 等。所述发光通道可以由三组、两组或者一组LED灯阵列组成，优选采用三组LED灯阵列， 其中一组发光通道与另外两个发光通道垂直设置，这样，该三组LED灯阵列与二向分色片 形成一个三通道的X-MIRR0R结构。
[0035] 所述二向分色片15,设有两个且交叉设置在所述发光通道中，其具有特定的截止 波长，能够将从各个所述通道发出的光线进行汇聚合成一束光线，即白光光线，所述二向分 色片15的透过带及截止带的透过率可根据客户要求或实际需要调整，其入射角为45度；所 述复眼透镜18,双排坚向平行设置于所述发光通道及二向分色片15之后之后，用于对光束 进行匀光处理；所述聚光镜18,设于所述复眼透镜17之后，用于将光束进行聚焦在通孔处， 使光束从所述通孔19处发出。复眼透镜是由一系列小透镜组合形成，将双排复眼透镜阵列 应用于照明系统可以获得高的光能利用率和大面积的均匀照明。利用双排复眼透镜阵列实 现均匀照明的关键在于提高其均匀性和照明亮度，两列复眼透镜的光轴互相平行，在第二 列复眼透镜后可以放置聚光镜，聚光镜不仅可以弥补光量的不足和适当改变从光源射来的 光的性质，而且将光线聚焦于被检物体上，以得到最好的照明效果，聚光镜的焦平面放照明 屏就形成了均匀照明系统。
[0036] 其中，本实用新型中的该发光通道不仅能够应用于x-mirror合光还能够应用于 波长合光以及其他空间合光等类型。
[0037] 作为本实用新型一个优选的实施方式，所述滤光片20固定在一旋转座21中，所述 旋转座21可带动所述滤光片20旋转。其中，所述滤光片可以设在所述通孔之后，也可以设 在所述通孔之前、聚光镜之后。所述旋转座21由一控制电机控制，带动其转动，而所述电 机连接主控计算机，即事先在该计算机中输入控制命令，当需要高显色指数时，电机带动该 旋转座21，自动将滤光片旋转到光学通道中，从而获得较高的光源的显色指数；当光源不 需要高显色指数或需要其它应用时，可将带动滤光片20旋离光学通道，达到智能控制的目 的。
[0038] 以图4为例，图4为本实用新型所述的一种提高LED光源显色指数的装置的一个 实施例，在多基色光源中，我们采用滤光片，对某一基色光（其某部分光谱对CRI产生负的 影响）的光谱进行整形，从而达到对整体光源颜色的还原性，该滤光片能够对特殊的波长 光谱反射，另外的光谱透射。
[0039] 对于由窄波段的R，G，B，Amber LED和蓝光LED激发绿光荧光粉产生的宽波段组成 的5基色光源，我们采用如图4所示的三通道X-MIRR0R结构，采用五种基色光图案灯光源 合成，发光通道11分别与发光通道12、13垂直排列设置，发光通道12、13之间平行排列设 置，三个通道形成一类似开口的正方形，光线从开口处射出，三色LED阵列合光出白光。具 体来说，R基色光和Amber LED基色光通过交错或其它方式排列，封装在12通道中，其采用 空间合光；G基色光和蓝光LED激发绿光荧光粉产生的宽波段基色光通过交错或其它方式 排列，封装在11通道中，其采用空间合光；B基色光通过交错或其它方式排列，封装在13通 道中，三通道的光源通过特殊截止波长的X-MIRROR的二向分色片15的波长合光，二向色 分色片呈十字交叉排列且相互垂直设置，二向色分色片的两个端部分别位于方形的两对角 上，通过所述二向色分色片的作用得到所需颜色的波段，将三通道的光源合成一束光，该光 束经过复眼透镜17匀光后再经过聚光镜18聚焦在通孔19处。
[0040] CRI (Color Rendition Index,显色指数），是指物体用该光源照明和用标准光源 (一般以太阳光做标准光源）照明时，其颜色符合程度的量度，也就是颜色逼真的程度。以 Ra表示，最大为100。当光源光谱中很少或缺乏物体在基准光源下所反射的主波时，会使颜 色产生明显的色差，色差程度越大，光源对该色的显色性越差。显色指数系数仍为目前定义 光源显色性评价的普遍方法。显色指数有15种颜色，15种颜色名称：R1，淡灰红色；R2,暗灰 黄色；R3:饱和黄绿色；R4,中等黄绿色；R5,淡蓝绿色；R6,淡蓝色；R7,淡紫蓝色；R8,淡红 紫色；R9,饱和红色；R10,饱和黄色；R11，饱和绿色；R12,饱和蓝色；R13,白种人肤色；R14， 树叶绿；R15,黄种人肤色。取前8种常见颜色的显色指数的平均值，记为Ra，表征此光源显 色性。
[0041] 窄波段的R，G，B，Amber LED和蓝光LED激发绿光荧光粉产生的宽波段组成的5基 色光源，下表显示了本发明的实施例中5基色在3200K的CRI输出参数。通过调节电流， 在3200K的最大CRI数据如下：最大CRI为89. 1，R15虽然可以达到94. 3, R13只有84. 2， 其中R15表示亚洲人肤色（黄种人肤色）的显色指数，R13表示欧洲人肤色（白种人肤 色）的显色指数，其相对光谱如图5 (未滤光后的相对光谱），其参考黑体曲线的光谱，在 500nm-540nm相对光谱功率幅度有点高，通过特殊设计的滤光片，在500nm-540nm部分反 射，反射率为5%-70%之间，具体最佳反射率要根据图4中黑体曲线的光谱而定，可以通过 对滤光片设计特定厚度和特定折射率的涂层，来得到对特定波长光波有较大反射率或透过 率的涂层。相对黑体曲线，光谱的波峰呈上升趋势，这样可以使得在3200K色温下，CRI增 大。在本实施例中，其滤光片20透过率曲线如图6,在500nm-540nm部分反射，其余波段全 透，其放置在光学传输路径中，本实施例放置在通孔的后面，当然，所述滤光片20也可设置 在所述通孔19的前面，聚光镜18的后面，在此不作任何限定。
[0042]
【权利要求】
1. 一种提高LED光源显色指数的装置，包括一光源，其特征在于，在所述光源发出的白 光光路通道上还设有至少一块滤光片，其中，所述滤光片对波长在500nm - 540nm范围内的 基色光进行反射、对其余波段的基色光进行全透处理。
2. 如权利要求1所述的一种提高LED光源显色指数的装置，其特征在于，所述滤光片的 反射率为5%?70%。
3. 如权利要求1所述的一种提高LED光源显色指数的装置，其特征在于，所述光源包 括：发光通道、二向分色片、复眼透镜、聚光镜以及通孔，其中， 所述发光通道，设有至少一组，每组发光通道包括多个LED灯阵列； 所述二向分色片，设有两个且交叉设置在所述发光通道中，用于将从各个所述发光通 道发出的光线进行汇聚合成一束光线； 所述复眼透镜，设于所述发光通道及二向分色片之后，双排坚向平行设置，用于对光束 进行匀光处理； 所述聚光镜，设于所述复眼透镜之后，用于将光束聚焦在通孔处，使光束从所述通孔处 发出。
4. 如权利要求3所述的一种提高LED光源显色指数的装置，其特征在于，所述滤光片设 在所述通孔之后，或者设在所述通孔之前、聚光镜之后。
5. 如权利要求3所述的一种提高LED光源显色指数的装置，其特征在于，各发光通道发 出的光由单个基色光交错排列合成，或者由某基色光与其他波段的基色光交错排列合成。
6. 如权利要求3所述的一种提高LED光源显色指数的装置，其特征在于，所述发光通道 包括三组LED灯阵列，所述LED灯阵列与二向分色片形成三通道的X-MIRROR结构，其中一 发光通道发光通道与另外两个发光通道发光通道垂直设置。
7. 如权利要求4所述的一种提高LED光源显色指数的装置，其特征在于，所述滤光片固 定在一旋转座中，所述旋转座可带动所述滤光片旋转。
8. 如权利要求7所述的一种提高LED光源显色指数的装置，其特征在于，所述旋转座连 接于控制电机上，所述电机的转速和方向由主控计算机控制。
9. 如权利要求3所述的一种提高LED光源显色指数的装置，其特征在于，所述多个LED 灯阵列中的各LED灯的表层涂覆有一定比例的能够被蓝光激发的荧光粉，通过设置各LED 灯上所述荧光粉的配比使所述多个LED灯阵列出射的白光具有高显色指数。
【文档编号】G02B5/20GK203880619SQ201420221225
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年4月30日 优先权日:2014年4月30日
【发明者】张权, 邹思源 申请人:深圳市绎立锐光科技开发有限公司