用于在舞台照明应用中提供基于led的聚光灯照明的方法和设备的制作方法

专利名称：用于在舞台照明应用中提供基于led的聚光灯照明的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及照明，特别是用于舞台照明应用的基于LED的照明装置的实现和 控制。
背景技术：
照明装置已经在各种剧场、电视和建筑照明应用中用于场景(set)和舞台照明许 多年了。典型地，每个照明装置包括邻近于凹面反射器安装的荧光灯，该凹面反射器反射光 穿过透镜组件以朝向剧场舞台等投射光束。滤色器可以安装在所述照明装置的前端，以透 射由该灯发射的光的所选波长，同时吸收和/或反射其他波长。这为所述投射的光束提供 了特定的光谱组成。用在这种照明装置中的滤色器(通常也被称为“彩色透明滤光板(gel) ”)典型地 包括玻璃或例如聚酯或聚碳酸酯的塑料薄膜，且带有了分散的化学染料。该染料透射光的 某些波长，同时吸收其他波长。这种滤光器可以提供数百种不同的颜色，并且这些颜色中的 一些已经作为工业中的标准颜色被广泛接受。虽然通常是有效的，但是这种塑料滤色器典型地具有有限的寿命，这是因为它们 需要消散源自所吸收的波长的大量的热。这对于透射蓝色和绿色波长的滤光器来说是一个 特别的问题。而且，虽然可以通过滤色器实现的颜色种类很多，但是颜色的选择受到商用染 料的可用性和这些染料与玻璃或塑料衬底的兼容性的限制。此外，吸收非选定波长的适当 机制本质上是低效的，因为相当多的能量丢失且变成了热(lost to heat)。在一些照明应用中，气体放电灯已经取代了荧光灯，并且二向色滤光器已经取代 了滤色器。这种二向色滤光器典型地具有带有多层二向色涂层的玻璃衬底的形式，该多层 二向色涂层反射某些波长并透射其余波长。这些可替代的照明装置一般具有提高的效率， 并且它们的二向色滤光器不经受过热引起的褪色或其他退化。然而，所述二向色滤光器仅 仅提供对颜色的有限控制，并且这些照明装置不能复制已经被接受为工业标准的吸收滤光 器产生的复杂颜色中的许多颜色。在一些照明应用中，常常期望改变由特定照明装置产生的光的颜色。因此，近些年 来已经开发若干远程操作的变色设备。一种这样的设备是颜色画笔(scroller)，其包括卷 轴(scroll)，该卷轴包含16个预选的吸收性滤色器。颜色画笔中的滤光器经受与各个吸收 性滤光器相同的褪色和变形的问题。另一种这样的设备是二向色色轮，其包括带有预选的 二向色涂层的可旋转轮。这些色轮避免了所注意到的褪色和变形的问题，但是能够带有更 少的颜色(典型地大约8种)并且明显比颜色画笔更加昂贵。数字照明技术，即基于半导体光源(例如发光二极管(LED))的照明，提供对传统 荧光灯、HID和白炽灯的可行的替代。LED的功能优势和益处包括高能量转换和光学效率、 耐用性、较低的操作成本和许多其他优点。LED技术的最新进展已经提供了高效且具鲁棒性 的全光谱光源，其能够在许多应用中实现多种照明效果。包含这些光源的所述装置中的一些以照明模块以及处理器为特色，所述照明模块包括一个或多个能够产生不同颜色(例如 红色、绿色和蓝色)的LED，所述处理器用于独立地控制LED的输出以便生成多种颜色和变 色照明效果，例如，如通过引用合并于此的美国专利No. 6，016，038和No. 6，211，626中详细 讨论的。近来，一些照明装置已经用LED取代了白炽灯和气体放电灯。相同数量的红色、绿 色和蓝色LED典型地已经被使用，且被以适当的阵列布置。一些LED装置已经进一步包括相 同数量的琥珀色LED。通过提供选定量的电功率给这些LED，典型地使用脉宽调制的电流， 可以投射具有多种颜色的光。这些装置消除了对滤色器的需要，由此改进了合并了白炽灯 或气体放电灯的现有装置的效率。合并了红色、绿色和蓝色LED的照明装置(即RGB LED装置)可以投射具有外观 上白色的光束，特别是当照明白色或其他全反射表面时更是如此。然而，该外观上白色的实 际光谱根本不同于由合并了白炽灯的装置提供的白色光的光谱。这是因为LED发射窄波长 段的光，并且从三种不同的LED颜色输出的组合光不足以覆盖全部可见光谱。由这种RGB LED装置照射的有色对象通常不会呈现它们的真实颜色。例如，仅仅反射黄色光并且因此当 用白色光照射时呈现黄色的对象将在用由RGB LED装置的红色和绿色LED产生的具有外观 上黄色的光照射时呈现黑色。因此这种装置被认为在照射场景(例如剧场舞台、电视机、建 筑物内部或显示窗口)时提供较差(poor)的颜色再现。有限数量的LED照明装置已经不 仅包括发射红色、绿色和蓝色光的LED，而且还包括发射琥珀色光的LED。这种装置有时被 称为RGBA LED装置。这些装置经受与RGB LED装置相同的缺点，只是程度稍微降低。

发明内容
根据前述描述，应当清楚的是，需要适用于在包含单独有色光源的照明装置(例 如LED)中使用的改进的照明设备和方法，其改进了合并了白炽灯和气体放电灯的装置的 功率效率，然而可以产生具有光通量光谱的光束，该光通量光谱可以更精确地被控制并且 进一步地可以精密地仿真(emulate)现有照明装置的光谱并且因此提供改进的颜色再现。鉴于以上所述，本发明的各个方面和实施例涉及用于提供基于LED的剧场照明的 方法和设备。在一个示范性实现方式中，一种剧场照明装置改进了散热并且使用基于LED 的光源以产生在包括剧场照明的多种应用中有用的光谱分布(spectral profile)。本发明 的其他方面涉及用于提供在所述多种应用中有用的光谱分布的方法。例如，在一个方面，本发明涉及一种用于提供剧场照明的模块化的照明装置。该照 明装置包括基本上圆柱形的外壳，该外壳包括至少一个第一开口以用于提供穿过该照明装 置的空气路径。该装置进一步包括布置在外壳中的基于LED的照明组件，其中该基于LED 的照明组件包括LED模块，其包括具有不同颜色和/或不同色温且布置在印刷电路板上的 多个LED光源；至少一个第一控制电路，用于控制所述多个LED光源；以及至少一个风扇， 用于提供沿着所述穿过照明装置的空气路径的冷却空气流。所述装置进一步包括可拆卸 地耦合到外壳的端部单元，该端部单元包括至少一个第二开口以用于提供穿过该照明装置 的空气路径；和布置在所述端部单元中的至少一个第二控制电路，该至少一个第二控制电 路电耦合到所述至少一个第一控制电路并且基本上与之绝热(thermally isolated)。所述 基于LED的照明组件被配置为引导冷却空气流朝向所述至少一个第一控制电路，从而有效地移除至少由所述至少一个第一控制电路生成的热。在其他方面，所述至少一个第一控制电路包括至少一个电源电路板和至少一个驱 动器电路板。在另外的其他方面，所述基于LED的照明组件进一步包括耦合到LED模块的 散热器(heat sink)，该散热器包括基本上与外壳中的所述至少一个第一开口对准的多个 鳍片(fin)；接近散热器而布置并且被配置为引导冷却空气流朝向所述至少一个电源电路 板和所述至少一个驱动器电路板的护罩；以及用于至少安装所述至少一个电源电路板和所 述至少一个驱动器电路板的安装板(374)，该安装板具有用于提供穿过照明装置的空气路 径的孔。本发明的又一个方面涉及一种用于从包括多个具有不同颜色和/或不同色温的 LED光源的照明装置提供剧场照明的方法。该方法包括A)接收至少一个代表所述照明的 期望的输出颜色或色温的输入信号；和B)处理所述至少一个输入信号以提供至少一个代 表包括η元组通道值的照明命令的控制信号，其中该η元组通道值包括针对所述多个LED 光源的每个不同颜色或色温的一个值。在一个示范性实现方式中，所述至少一个输入信号包括在多维颜色空间中期望的 输出颜色的表示，以及B)包括将在多维颜色空间中的期望的输出颜色的表示映射到包括 η元组通道值的照明命令。在另一个示范性实现方式中，所述至少一个输入信号包括定义源 光谱和彩色透明滤光板滤光器颜色的 < 光源，滤光器 > 对形式的期望的输出颜色的表示，以 及B)包括将该 < 光源，滤光器 > 映射到包括η元组通道值的照明命令。本文中为了本发明的目的所使用的术语“LED”应当被理解为包括任何电致发光二 极管或其他类型的能够响应于电信号生成辐射的基于载流子注入/连接的系统。因此，术 语LED包括但不限于，各种响应于电流发射光的基于半导体的结构、发光聚合物、有机发光 二极管(OLED)、电致发光条等等。特别地，术语LED指可以被配置为生成在红外光谱、紫外光谱和可见光谱(一般包 括从大约400纳米到大约700纳米的辐射波长)的各种部分的一个或多个中的辐射的所有 类型的发光二极管(包括半导体和有机发光二极管)。LED的一些实例包括但不限于，各种 类型的红外LED、紫外LED、红色LED、蓝色LED、绿色LED、黄色LED、琥珀色LED、橙色LED以 及白色LED(下面进一步讨论)。还应当理解，LED可以被配置和/或被控制为生成具有针 对给定光谱(例如，窄带宽，宽带宽)的各种带宽(例如半最大值处的全宽或FWHM)和在给 定的通用颜色分类内的多种占优势波长的辐射。例如，被配置为生成基本上白色光的LED (例如，白色LED)的一种实现方式可以包 括许多分别发射电致发光的不同光谱的管芯，该不同的光谱组合起来混合以形成基本上白 色光。在另一个实现方式中，白色光LED可以与将具有第一光谱的电致发光转换为不同的 第二光谱的磷光体材料关联。在该实现方式的一个实例中，具有相对较短波长和较窄带宽 光谱的电致发光“泵浦(pump) ”磷光体材料，其又发射具有稍宽光谱的更长波长的辐射。还应当理解，术语LED不限于物理和/或电封装类型的LED。例如，如前所述， LED可以指具有多个被配置为分别发射不同光谱的辐射的管芯(例如其可以是或不可以 是单独可控的)的单个发光设备。而且LED可以与被认为是LED(例如，一些类型的白色 LED)的组成部分的磷光体关联。一般地，术语LED可以指封装的LED、未封装的LED、表面 安装LED、板上芯片LED、T封装安装LED、径向封装LED、功率封装LED、包括一些类型的外罩(encasement)和/或光学元件(例如，扩散透镜)的LED，等等。术语“光源”应当被理解为是指多种辐射源的任意一个或多个，包括但不限于，基 于LED的光源(包括一个或多个如上所定义的LED)、白炽光源(例如，白炽灯、卤素灯)、荧 光源、磷光源、高强度放电光源(例如，钠蒸气、汞蒸气和金属卤化物灯)、激光器、其他类型 的电致发光源、火(pyro)发光源(例如，火焰)、烛形发光源(例如，汽灯罩、碳弧辐射源)、 光致发光源(例如，气体放电光源)、使用电子饱足(electronic satiation)的阴极发光 源、电(galvano)发光源、结晶(crystallo)发光源、显像管发光源、热发光源、摩擦发光源、 声致发光源、辐射发光(radioluminescent)源和发光聚合物。给定的光源可以被配置为生成处于可见光谱内、可见光谱之外或二者的结合的电 磁辐射。因此，术语“光”和“辐射”在本文中可以交换使用。此外，光源可以包括作为组成 部件的一个或多个滤光器(例如，滤色器)、透镜或其他光学部件。而且，应当理解，所述光 源可以被配置用于多种应用，包括但不限于指示、显示和/或照明。“照明源”是特别地被 配置为生成具有足够强度以有效地照明内部或外部空间的辐射的光源。在该背景下，“足够 的强度”是指在空间或环境中生成的可见光谱中足够的辐射功率(就辐射功率或“光通量” 而言，通常使用单位“流明”来表示在所有方向上来自光源的总光输出)，用以提供环境照明 (即，可以被间接感知并且在被整体地或部分地感知之前可以例如被多种介于其间的表面 的一个或多个反射掉的光)。术语“光谱”应当被理解为是指由一个或多个光源产生的辐射的任意一个或多个 频率(或波长)。因此，术语“光谱”不仅是指可见范围内的频率(或波长)，而且是指在红 外、紫外和整个电磁光谱的其他区域内的频率(或波长)。而且，给定的光谱可以具有相对 较窄的带宽(例如FWHM，具有基本上很少的频率或波长成分)或相对较宽的带宽(具有各 种相对强度的若干频率或波长成分)。也应当理解，给定的光谱可以是两个或更多其他光谱 的混合所得的结果(例如，混合分别从多个光源发射的辐射)。为了本公开的目的，术语“颜色，，可以与术语“光谱，，交换地使用。然而，术语“颜 色”一般用于主要指被观察者感知的辐射的属性(虽然该使用不是旨在限制该术语的范 围)。因此，术语“不同颜色”隐含地指具有不同波长成分和/或带宽的多个光谱。也应当 理解，术语“颜色”可以结合白色和非白色光来使用。术语“色温”在本文中一般结合白色光使用，虽然该使用不是旨在限制该术语的范 围。色温基本上指白色光的特定颜色内容或颜色深浅(shade)(例如，淡红色、浅蓝色)。给 定的辐射样本的色温通常根据发射基本与所讨论的辐射样本相同的光谱的黑体辐射器的 绝对温度Kelvin (K)来表征。黑体辐射器色温一般落入从大约700度K (degreesK)(典型地 被认为人眼的第一可见光)到超过10000度K的范围内；白色光一般感知为处于1500-2000 度K之上的色温。较低的色温一般指示具有更显著的红色成分或“更暖的感觉”的白色光，而较高的 色温一般指示具有更显著的蓝色成分或“更冷的感觉”的白色光。通过实例，火具有大约 1800度K的色温，传统的白炽灯泡具有大约2848度K的色温，早晨的日光具有大约3000度 K的色温、以及阴天的中午的天空具有大约10000度K的色度。在具有大约3000度K的色 温的白色光下所观看的彩色图像具有相对淡红色的色调(tone)，而在具有大约10000度K 的色温的白色光下所观看的同一彩色图像具有相对浅蓝色的色调。
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术语“照明装置”在本文中用于指一个或多个照明单元以特定形式要素、组件或封 装的实现或布置。术语“照明单元”在本文中用于指包括一个或多个相同或不同类型的光 源的设备。给定的照明单元可以具有光源(一个或多个)的多种安装布置、封装/外壳布 置和形状和/或电气的和机械的连接配置中的任何一个。此外，给定的照明单元可选地可 以与各种其他与光源(一个或多个)的操作相关的部件(例如，控制电路)关联(例如，包 括、耦合到和/或与之封装在一起)。“基于LED的照明单元”是指单独地或结合其他非基于 LED的光源地包括上面讨论的一个或多个基于LED的光源的一种照明单元。“多通道”照明 单元是指包括至少两个被配置为分别生成不同光谱的辐射的光源的基于LED或非基于LED 照明单元，其中每个不同的光源光谱可以被称为多通道照明单元的“通道”。术语“控制器”在本文中一般用于描述与一个或多个光源的操作相关的各种设备。 控制器可以以许多方式(例如，利用专用硬件)实现，以执行本文中讨论的各种功能。“处 理器”是使用一个或多个微处理器的控制器的一个实例，所述微处理器可以使用软件(例 如，微码)来编程以执行本文所讨论的各种功能。控制器可以使用或不使用处理器来实现， 并且也可以实现为用于执行一些功能的专用硬件和用于执行其他功能的处理器(例如，一 个或多个被编程的微处理器和相关电路)的组合。可以在本发明的各种实施例中使用的控 制器部件的实例包括但不限于，传统微处理器、专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列 (FPGA)。在各种实现方式中，处理器或控制器可以与一个或多个存储介质(在本文中一般 被称为“存储器”，例如，易失性和非易失性计算机存储器，如RAM、PROM、EPROM和EEPR0M、软 盘、压缩盘、光盘、磁带等等)关联。在一些实现方式中，所述存储介质可以用一个或多个程 序进行编码，当所述程序在一个或多个处理器和/或控制器上执行时实施本文所讨论的至 少一些功能。各种存储介质可以固定在处理器或控制器内或可以是可传输的，使得存储在 其上的所述一个或多个程序可以被加载到处理器或控制器中以实现本文所讨论的本发明 的各个方面。术语“程序”或“计算机程序”在本文中一般意义上用于指可以被用于编程一 个或多个处理器或控制器的任意类型的计算机码(例如，软件或微码)。术语“可寻址的”在本文中用于指一种设备(例如，一般的光源、照明单元或装置、 与一个或多个光源或照明单元关联的控制器或处理器、其他非照明相关设备等等)，其被配 置为接收用于多个设备(包括它自己)的信息(例如，数据)并选择性地响应用于它的特 定信息。术语“可寻址的”通常结合联网环境(或下面将进一步讨论的“网络”)使用，在网 络环境中多个设备经由一些通信介质或媒介耦合在一起。在一个网络实现方式中，一个或多个耦合到网络的设备可以充当用于一个或多个 耦合到网络的其他设备的控制器(例如，处于主/从关系中)。在另一个实现方式中，联网 环境可以包括被配置为控制耦合到网络的一个或多个设备的一个或多个专用控制器。一 般地，耦合到网络的多个设备中的每一个可以访问通信介质或媒介上存在的数据；然而，给 定的设备可以是“可寻址的”，因为它被配置为例如基于分配给它的一个或多个特定标识符 (比如，“地址”)选择性地与网络交换数据(即，从中接收数据和/或向其传输数据)。本文中使用的术语“网络”是指两个或更多设备(包括控制器或处理器)的任何 互连，其利于耦合到网络的任何两个或更多设备之间和/或耦合到网络的多个设备中信息 (例如，用于设备控制、数据存储、数据交换等等)的传输。如应当容易理解的，适用于互连多个设备的网络的各种实现方式可以包括多种网络拓扑结构中的任意一种并且可以使用 多种通信协议中的任意一种。此外，在根据本发明的各种网络中，两个设备之间的任意一个 连接可以表示所述两个系统之间的专用连接，或可替换地表示非专用连接。除了携带用于 这两个设备的信息之外，这种非专用连接可以携带不必用于这两个设备中任何一个的信息 (例如，开放网络连接)。而且，应当容易理解，本文所谈论的设备的各种网络可以使用一个 或多个无线、有线/电缆和/或光纤链路以利于信息在整个网络的传输。本文中所使用的“用户接口”是指人类用户或操作者与一个或多个设备之间的实 现用户和设备(一个或多个)之间通信的接口。可以在本发明的各种实现方式中使用的用 户接口的实例包括但不限于，开关、电位计、按钮、表盘、滑块、鼠标、键盘、键区、各种类型的 游戏控制器(例如，操纵杆)、跟踪球、显示屏、各种类型的图形用户接口(GUI)、触摸屏、麦 克风以及可以接收一些形式的人类产生的刺激并响应于此生成信号的其他类型的传感器。应当理解，前述概念和下面更详细地讨论的附加概念(假设这样的概念相互不一 致)的所有组合被预期为本文所公开的本发明的主题的一部分。特别地，在本公开的末尾 处出现的要求保护的主题的所有组合被预期为本文所公开的本发明主题的一部分。也应当 理解，本文中明确使用的术语(也可以在通过引用合并于此任何公开中出现的术语)应当 符合与本文所公开的具体概念最一致的意思。


在附图中，相同的附图标记在所有不同视图中一般指相同的部分。而且，附图不必 按比例绘制，而是其重点着眼于说明本发明的原理。图1是示出可控的基于LED的照明单元的图，其为本发明的各个实施例提供概念
■石出。图2是示出多个图1的基于LED的照明单元的联网系统的图。图3A示出根据本发明的一个实施例的照明装置。图3B示出具有外壳的一半被移除的图3A的照明装置的部分的分解图。图3C示出根据本发明的一个实施例的图3A-3B中示出的照明装置的基于LED的 照明组件的分解图。图3D是示意性示出在根据本发明的一个实施例的图3C的基于LED的照明组件的 各种部件之中的功率流和数据流的框图。 图3E示意性示出图3A-3C的照明装置的LED模块。图3F是根据本发明的一个实施例的图3A-3B的照明装置的后端的分解图，包括封 装于此的各种组件。图4A和4B分别示出与图3E中示出的LED模块一起使用的根据本发明的一个实 施例的准直器的透视图和横截面视图。图4C和4D分别示出根据本发明的一个实施例的用于图4A和4B的准直器的支架 的顶视图和透视图。
具体实施例方式下面描述本发明的各种实现方式和相关的发明构思，包括特别地与基于LED的光源相关的某些实施例。然而，应当理解，本发明不限于实现方式的任何特定形式，并且本文 明确讨论的各个实施例主要针对说明的目的而提供。例如，本文所讨论的各个构思可以在 包括基于LED的光源、其他类型的不包括LED的光源的多种环境、组合地包括LED以及其他 类型的光源的环境、单独地或以与各种类型的光源结合的方式包括非照明相关设备的环境 中适当地实现。图1示出提供用于本发明的各种实施例的构思基础的可控的基于LED的照明单元 100的一个实例。例如，在2000年1月18日公布的Mueller等人的题为“Multicolored LED Lighting Method and Apparatus”的美国专利 No. 6，016，038 和 2001 年 4 月 3 日公布 的Lys等人的题为“Illumination Components”的美国专利No. 6，211，626中可以发现与 下面结合图1描述的照明单元相似的基于LED的照明单元的一些一般实例，上述专利通过 引用合并于此。在各种实现方式中，图1中示出的照明单元100可以单独使用或者连同照明单元 的系统中的其他类似的照明单元一起使用(例如，如下面结合图2讨论的)。单独使用或与 其他照明单元结合使用的照明单元100可以在多种应用中使用，这些应用包括但不限于直 接观看或间接观看的内部或外部空间(例如，建筑)照明和总体照明、对象或空间的直接或 间接照明和剧场或其他基于娱乐/特殊效果的照明。照明单元100可以包括一个或多个光源104A、104B、104C和104D (共同被示为 104)，其中一个或多个光源可以是包括一个或多个LED的基于LED的光源。任意两个或更 多光源可以适于生成不同颜色(例如，红色、绿色、蓝色)的辐射；在这个方面，如上所述，不 同颜色光源的每一个生成构成“多通道”照明单元的不同“通道”的不同源光谱。虽然，图 1示出四个光源104A、104B、104C和104D，但是应当理解，照明单元不限于该方面，因为适于 生成多种不同颜色的辐射(包括白色光)的不同数量和各种类型的光源(所有基于LED的 光源、组合的基于LED的和非基于LED的光源等等)可以在光源104中使用，如下面进一步 讨论的。照明单元100还可以包括控制器105，其被配置为输出一个或多个控制信号以驱 动光源，从而生成来自光源的光的各种强度。例如，在一个实现方式中，控制器105可以被 配置为针对每个光源输出至少一个控制信号，以独立地控制由每个光源生成的光的强度 (例如，以流明为单位的辐射功率)；可替代地，控制器105可以被配置为输出一个或多个控 制信号以共同地一致控制一组两个或更多光源。可以由控制器生成的用于控制光源的控制 信号的一些实例包括但不限于，脉冲调制信号、脉宽调制信号(PWM)、脉幅调制信号(PAM)、 脉冲码调制信号(PCM)模拟控制信号(例如，电流控制信号、电压控制信号)、上述信号的 组合和/或调制、或其他控制信号。在一些实现方式中，特别是结合基于LED的光源，一个 或多个调制技术使用施加到一个或多个LED的固定电流电平(current level)提供可变控 制，从而减轻如果采用可变LED驱动电流则可能出现的LED输出中潜在的不期望的或不可 预测的变化。在其他实现方式中，控制器105可以控制其他专用电路(图1中未示出)，该 专用电路又控制光源从而改变它们各自的强度。一般地，由所述一个或多个光源生成的辐射的强度(辐射输出功率)与在给定时 间周期上传输到光源(一个或多个)的平均功率成比例。因此，一种用于改变由所述一个 或多个光源生成的辐射的强度的技术包括调制传输到光源(一个或多个)的功率(即，光
11源的操作功率)。对于包括基于LED的光源的一些类型的光源，这可以使用脉宽调制(PWM) 技术来有效地实现。在PWM控制技术的一种示范性实现方式中，对于照明单元的每个通道固定的预定 电压Vswra被周期性地施加到构成该通道的给定光源上。可以经由控制器105控制的一个 或多个开关(图1中未示出)来实现电压Vs。urce的施加。当电压Vs。urce被施加到光源上时， 预定的固定电流Is。_(例如，由电流调节器(图1中也未示出)确定的)被允许流过光源。 又回想基于LED的光源可以包括一个或多个LED，使得电压Vstjuree可以施加到构成光源的一 组LED上，并且电流Iswrce可以被这组LED汲取(drawn)。通电的光源上的固定电压Vs。urce 和由光源在通电时汲取的经调节电流Is。urce确定了光源的瞬时操作功率量Pstjurre(Ps。urce = Vs。ur。e*Is_J。如上所述，对于基于LED的光源，使用调节的电流减轻如果采用可变LED驱 动电流则可能出现的LED输出中潜在的不期望的或不可预测的变化。根据PWM技术，通过将电压Vs。_周期性地施加到光源并改变在给定的开关周期 期间施加电压的时间，可以调制传输到光源的时间上的平均功率(平均操作功率)。特别 地，控制器105可以被配置为以脉冲的方式(例如通过输出操作一个或多个开关的控制 信号以将电压施加至光源)，优选地以比能够被人眼检测的频率更大的频率(例如，大于 大约100Hz)，将电压Vstjuree施加到给定光源上。以这种方式，由光源生成的光的观看者不 会感知离散的开关周期(一般被称为“闪变效应”)，但是眼睛的综合功能(integrating function)替代地感知基本连续的光生成。通过调节控制信号的开关周期的脉冲宽度(即， 开时间或“占空比”)，控制器改变在给定的时间周期中使光源通电的平均时间量，并且因此 改变光源的平均操作功率。以此方式，又可以改变来自每个通道的所生成的光的感知亮度。如下面更详细地讨论的，控制器105可以被配置为将多通道照明单元的每个不同 光源通道控制于预定的平均操作功率，以提供用于由每个通道生成的光的对应的辐射输出 功率。可替代地，控制器105可以从多种源头(origin)接收指令(例如，“照明命令”)，这 些源头比如用户接口 118、信号源124、或一个或多个通信端口 120，这些指令指定用于一个 或多个通道的规定的操作功率并且因此指定用于由各个通道生成的光的对应的辐射输出 功率。通过改变用于一个或多个通道的规定的操作功率(例如，依据不同的指令或照明命 令)，可以通过照明单元生成不同的感知颜色和亮度级的光。在如上所述的照明单元100的一些实现方式中，图1中所示的光源104A、104B、 104C和104D中的一个或多个可以包括可以由控制器105 —起控制的一组多个LED或其他 类型的光源(例如各种并联和/或串联连接的LED或其他类型的光源)。此外，应当理解， 一个或多个光源可以包括适于生成具有多种光谱(即，波长或波长段)中任意一种的辐射 的一个或多个LED，所述光谱包括但不限于，各种可见颜色(包括基本白色光)、白色光、紫 外光或红外光的各种色温。具有多种光谱带宽(例如，窄带、宽带)的LED可以在照明单元 100的各种实现方式中使用。照明单元100可以被构造和布置成产生宽范围的可变颜色辐射。例如，在一种实 现方式中，照明单元100可以特别地被布置为使得由两个或更多光源生成的可控可变强度 (即，可变辐射功率)光组合以产生混合的有色光(包括具有多种色温的基本白色光)。特 别地，可以通过改变光源的各个强度(输出辐射功率)的一个或多个(即响应于由控制器 105输出的一个或多个控制信号)来改变混合的有色光的颜色(或色温)。而且，控制器105可以特别地被配置为将控制信号提供给一个或多个光源，以生成多种静态的或随时间变化 的(动态的)多色(或多色温)照明效果。为此，控制器105可以包括被编程为将这样的控 制信号提供给一个或多个光源的处理器102(例如，微处理器)。在各种实现方式中，处理器 102可以被编程为响应于照明命令或响应于各种用户或信号输入来自发提供这样的控制信号。因此，照明单元100可以包括各种组合中的LED的多种颜色，包括红色、绿色和蓝 色LED中的两个或更多以产生颜色混合，以及包括一个或多个其他LED以创建颜色和/或 色温变化的白色光。例如，红色、绿色和蓝色可以与琥珀色、白色、UV、橙色、IR或LED的其他 颜色混合。此外，可以在全白色LED照明单元中或与其他颜色的LED组合地使用具有不同 色温的多个白色LED(例如，一个或多个第一白色LED，其生成对应于第一色温的第一光谱， 和一个或多个第二白色LED，其生成对应于不同于第一色温的第二色温的第二光谱)。照明 单元100中的不同颜色LED和/或不同色温白色LED的这种组合可以利于精确地再现许多 期望光谱的照明状况，其实例包括但不限于在一天的不同时间的多种外部日光等同效果 (equivalent)、各种内部照明状况、用于模拟复杂的多色背景的照明状况等等。可以通过 移除特定光谱片来创建其他期望的照明状况，该特定光谱片可以在某些环境中被特别地吸 收、减弱或反射。例如，水易于吸收并减弱大部分非蓝色和非绿色光，所以水下应用可以从 适于相对于其他光谱元素增强或削弱一些光谱元素的照明状况获益。如图1所示，照明单元100还可以包括存储器114以用于存储各种数据。例如， 存储器114可以被用于存储由处理器102执行的一个或多个照明命令或程序(例如，以 生成用于光源的一个或多个控制信号)，以及对于生成可变颜色辐射有用的各种类型的数 据(例如，下面进一步讨论的校准信息)。存储器114还可以存储一个或多个特定标识符 (例如，序列号、地址等)，该标识符既可以本地使用也可以在系统级上使用以标识照明单 元100。在各种实施例中，这样的标识符可以由例如制造商预编程，并且之后可以是可变的 或不可变的(例如，经由位于照明单元上的一些类型的用户接口，经由一个或多个由照明 单元接收的数据或控制信号等等)。可替代地，这样的标识符可以在照明单元在现场初始使 用时确定，并且之后也可以是可变的或不可变的。可能发生的与控制照明单元100中的多个光源和控制照明系统中的多个照明单 元100 (例如，如下面结合图2所讨论的)有关一个问题涉及基本相似的光源之间的光输出 中可能可感知的差别。例如，假设两个实际上相同的光源被各自相同的控制信号来驱动，由 每个光源输出的光的实际强度(例如以流明为单位的辐射功率)可以显著(measurably) 不同。光输出的这种差异可以归因于各种因素，包括例如光源之间的轻微的制造差异、可以 不同地改变所生成的辐射的各自光谱的光源随时间的正常磨损和破裂等等。为了上述讨论 的目的，控制信号和所得的输出辐射功率之间的特定关系未知的光源被称为“未校准的”光 源。照明单元100中一个或多个未校准光源的使用可能导致生成具有不可预测的或“未校 准”的颜色或色温的光。例如，考虑包括第一未校准红色光源和第一未校准蓝色光源的第一 照明单元，每个光源响应于具有在从零到255(0-255)的范围中的可调节参数的对应照明 命令而被控制，其中最大值255代表来自光源的最大可用辐射功率(即，100%)。为了该实 例的目的，如果红色命令被设置为零而蓝色命令为非零，则生成蓝光，而如果蓝色命令被设 置为零而红色命令为非零，则生成红光。然而，如果两个命令都从非零值变化，则可以产生多种可感知地不同的颜色(例如，在该实例中，至少许多不同深浅的紫色是可能的)。特别 地，也许特定期望颜色(例如，淡紫色)可以由具有值125的红色命令和具有值200的蓝色 命令给出。现在，考虑包括基本相似于第一照明单元的第一未校准红色光源的第二未校准 红色光源和基本相似于第一照明单元的第一未校准蓝色光源的第二未校准蓝色光源的第 二照明单元。如上所述，即使这两个(both)未校准的红色光源响应于各自相同的命令被控 制，由每个红色光源输出的光的实际强度(例如，以流明为单位的辐射功率)可以是显著不 同的。相似地，即使这两个未校准的蓝色光源响应于各自相同的命令而被控制，则由每个蓝 色光源输出的实际光是显著不同的。 留意上面所述，应当理解，如果多个未校准光源结合照明单元使用以产生上述混 合的有色光，由不同照明单元在相同的控制状况下产生的光的观看颜色(或色温)可以是 可感知地不同的。特别是，再次考虑上述“淡紫色”实例；由第一照明单元利用具有值125的 红色命令和具有值200的蓝色命令产生的“第一淡紫色”事实上可以可感知地不同于由第 二照明单元利用具有值125的红色命令和具有值200的蓝色命令产生的“第二淡紫色”。更 一般地，第一和第二照明单元借助它们的未校准光源生成未校准颜色。因此，在本发明的一 些实现方式中，照明单元100包括校准系统以利于在任何给定时间生成具有校准的(例如， 可预测的、可再现的)颜色的光。在一个方面，校准系统可以被配置为调节(例如，缩放) 照明单元的至少一些光源的光输出，以补偿不同照明单元中使用的相似光源之间可感知的 差异。例如，在一个实施例中，照明单元100的处理器102被配置为控制一个或多个光源， 从而以校准的强度输出辐射，该校准的强度以预定的方式基本对应于用于光源(一个或多 个)的控制信号。作为混合具有不同光谱和各自校准的强度的辐射的结果，产生校准的颜 色。在该实施例的一个方面，针对每个光源的至少一个校准值被存储在存储器114中，并且 处理器被编程以将各自的校准值应用到用于对应光源的控制信号(命令)，以生成校准的 强度。一个或多个校准值可以被确定一次(例如，在照明单元制造/测试阶段期间)并且 被存储在供处理器102使用的存储器114中。在另一方面，处理器102可以被配置为例如 在一个或多个光电传感器的辅助下，动态地(例如，不时地)导出一个或多个校准值。在各 种实施例中，光电传感器(一个或多个)可以是耦合到照明单元的一个或多个外部部件，或 者可替代地可以作为照明单元本身的一部分而被集成。光电传感器是信号源的一个实例， 该信号源关于可以与照明单元100集成或另外地与之关联并且由处理器102结合照明单元 的操作监控。下面结合图1中所示的信号源124进一步讨论这样的信号源的其他实例。可 以由处理器102实现以导出一个或多个校准值的一个示范性方法包括将参考控制信号应 用到光源(例如，对应于最大输出辐射功率)，并且测量(例如，经由一个或多个光电传感 器)因而由光源生成的辐射的强度(例如落在光电传感器上的辐射功率)。处理器可以被 编程以比较测量的强度与至少一个参考值(例如，代表名义上响应于参考控制信号预期的 强度)。基于这种比较，处理器可以确定用于光源的一个或多个校准值(例如，缩放因子)。 特别地，处理器可以导出校准值，使得当其被应用到参考控制信号时，光源输出具有对应于 参考值的强度(即，“期望的”强度，例如以流明为单位的期望的辐射功率)的辐射。在各种 方面，对于用于给定光源的控制信号/输出强度的整个范围，一个校准值可以导出。可替代 地，对于给定光源可以导出多个校准值(即，可以获得许多校准值“样本”)，其分别在不同 的控制信号/输出强度范围上应用，以通过分段线性的形式近似非线性校准函数。
在一些实施例中，照明单元100还可以包括一个或多个用户接口 118，其被提供以 利于许多用户可选设置或功能中的任何一个(例如，一般地控制照明单元100的光输出、改 变和/或选择将由照明单元生成的各种预编程的照明效果、改变和/或选择所选照明效果 的各种参数、设置用于照明单元的特定标识符(例如地址或序列号)等等)。在各种实施例 中，用户接口 118和照明单元之间的通信可以通过电线、电缆或无线传输来实现。在一个实现方式中，照明单元的控制器105监控用户接口 118并且至少部分地基 于该接口的用户操作来控制一个或多个光源104A、104B、104C和104D。例如，控制器105可 以被配置为通过发起一个或多个控制信号用于控制一个或多个光源来响应用户接口的操 作。可替代地，处理器102可以被配置为通过选择存储在存储器中的一个或多个预编程的 控制信号、修改通过执行照明程序生成的控制信号、选择并执行来自存储器的新照明程序、 或另外地影响由一个光源或多个光源生成的辐射来做出响应。特别地，在一个实现方式中，用户接口 118可以构成一个或多个开关(例如，标准 墙壁开关)，其中断到控制器105的功率。在该实现方式的一个方面，控制器105被配置为 监控如由用户接口控制的功率，并且又至少部分地基于由用户接口的操作造成的功率中断 的持续时间来控制一个或多个光源。如上所述，控制器可以特别地被配置为通过例如选择 存储在存储器中的一个或多个预编程控制信号、修改通过执行照明程序生成的控制信号、 选择并执行来自存储器的新照明程序、或另外地影响由一个或多个光源生成的辐射来响应 功率中断的预定持续时间。图1还示出照明单元100可以被配置为从一个或多个其他信号源24接收一个或 多个信号122。在一个实现方式中，照明单元的控制器105可以单独地或与其他控制信号 (例如，通过执行照明程序生成的信号、一个或多个来自用户接口的输出等等)组合地使用 信号(一个或多个)122，从而以相似于上述结合用户接口 118所讨论的方式的方式控制一 个或多个光源104A、104B、104C和104D。可以由控制器105接收和处理的信号(一个或多个)122的实例包括但不限于，一 个或多个音频信号、视频信号、功率信号、各种类型的数据信号、代表从网络(例如因特网) 获得的信息的信号、代表一个或多个可检测的/感测的状况的信号、来自照明单元的信号、 由调制的光构成的信号，等等。在各种实现方式中，信号源(一个或多个)124可以位于远 离照明单元的地方，或作为照明单元的部件而被包含其中。在一个实施例中，来自一个照明 单元100的信号可以通过网络传输到另一个照明单元。可以在照明单元100中使用或结合照明单元100使用的信号源124的实例包括响 应于刺激生成一个或多个输出信号122的多种传感器或变换器(transducer)中的任何一 种。这样的传感器的实例包括但不限于，各种类型的环境状况传感器，比如热敏(例如，温 度、红外)传感器、湿度传感器、运动传感器、光电传感器/光传感器(例如，光电二极管、对 电池辐射的一个或多个特定光谱敏感的传感器，比如分光辐射度计或分光光度计等等)、各 种类型的照相机、声音或振动传感器或其他压力/力变换器(例如，麦克风、压电器件)，等寸。信号源124的附加实例包括各种计量/检测设备，其监测电信号或特性(例如， 电压、电流、功率、电阻、电容、电感等等)或化学/生物特性(例如，酸性、一个或多个特定 化学或生物试剂的存在、细菌等等)并且基于信号或特性的测量值提供一个或多个输出信
15号122。信号源124的其他实例包括各种类型的扫描器、图像识别系统、语音或其他声音识 别系统、人工智能和机器人系统等等。信号源124还可以是照明单元100、另一个控制器或 处理器、或许多可用的信号发生设备中的任何一个，比如，媒体播放器、MP3播放器、计算机、 DVD播放器、CD播放器、电视信号源、相机信号源、麦克风、扬声器、电话、蜂窝电话、即时传 讯设备、SMS设备、无线设备、个人管理器设备以及许多其他设备。在一些实施例中，照明单元100可以包括一个或多个光学元件或光学设备130，以 处理由光源104A、104B、104C和104D生成的辐射。例如，一个或多个光学元件130可以被 配置以(例如，响应于一些电气的和/或机械的刺激)改变所生成的辐射的空间分布和传 播方向。特别地，一个或多个光学元件可以被配置以改变所生成的辐射的扩散角。可以包 括在照明单元100中的光学元件的实例包括但不限于，反射材料、折射材料、半透明材料、 滤光器、透镜、反射镜(mirror)和光纤。所述一个或多个光学元件130也可以包括发磷光 材料、发光材料、或其他能够响应所生成的辐射或能够与之相互作用的材料。在一些实施例中，照明单元100可以包括一个或多个通信端口 120，以利于耦合照 明单元100到包括一个或多个其他照明单元的多种其他设备中任何一个。例如，一个或多 个通信端口 120可以利于将多个照明单元耦合在一起作为联网的照明系统，其中至少一些 或全部照明单元是可寻址的(例如，具有特定标识符或地址)并且/或者对在网络上传输 的特定数据做出响应。在另一个方面，一个或多个通信端口 120可以适于通过有线或无线 传输接收和/或传输数据。在一个实施例中，通过通信端口 120接收的信息可以至少部分 地与随后由照明单元使用的地址信息相关，并且照明单元可以适于接收地址信息并且将之 存储在存储器114中(例如，照明单元可以适于使用所存储的地址作为其地址以供当经由 一个或多个通信端口接收后续数据时使用)。特别地，在联网的照明系统环境中，如下面更详细地讨论的(例如，结合图2)，因 为数据经由网络传输，耦合到网络的每个照明单元的控制器105可以被配置为对涉及它的 特定数据(例如，照明控制命令)做出响应(例如，在某些情况下，如由联网的照明单元的 各自的标识符所指示)。一旦给定的控制器识别了旨在用于它的特定数据，它可以读取该数 据并且例如根据所接收的数据(例如通过生成到光源的合适的控制信号)改变由光源产生 的照明状况。在一个方面，耦合到网络的每个照明单元的存储器114可以装载有对应于由 处理器102接收的数据的照明控制信号的表。一旦处理器102从网络接收数据，该处理器 可以查阅(consult)该表以选择对应于所接收的数据的控制信号，并且因此控制照明单元 的光源(例如，使用多种模拟或数字信号控制技术中任意一种，这些技术包括上述的各种 脉冲调制技术)。在一个方面，给定的照明单元的处理器102(无论是否耦合到网络)可以被配置为 解释根据DMX协议而接收的照明指令/数据(例如，如在美国专利6，016，038和6，211，626 中所讨论的)。DMX是一种通常在用于一些可编程的照明应用的照明工业中使用的照明命 令协议。在DMX协议中，照明指令作为被格式化为包括512个字节数据的“包”的控制数据 而被传输到照明单元，其中每个数据字节构成代表零和255之间的数字值的8位。这512 个数据字节之前典型地是“起始码”字节。在示范性DMX实现方式中，包括513个字节(起 始码加数据)的完整包依据RS-485电压电平(level)和布线(cabling)实践以250kbit/ s串行传输，其中包的开头由至少88微秒的暂停(break)表示。
在DMX协议中，给定包中的该512个字节的每个数据字节旨在作为用于多通道照 明单元的特定“通道”的照明命令，其中数字值零指示对于照明单元的给定通道没有辐射 输出功率(即，通道关闭)，而数字值255指示对于照明单元的给定通道全辐射输出功率 (100%可用功率)(即，通道全开)。例如在一个方面，目前考虑基于红色、绿色和蓝色LED 的三通道照明单元(即，“R-G-B”照明单元)，DMX协议的照明命令可以将红色通道命令、绿 色通道命令和蓝色通道命令的每一个指定为8位数据(即，一个数据字节)，其代表从0到 255的值。对于任何一个颜色通道的最大值255命令处理器102控制对应的光源(一个或 多个)以针对该通道以最大可用功率(即，100% )操作，由此生成对于该颜色的最大可用 辐射功率(这种用于R-G-B照明单元的命令结构通常被称为24位颜色控制)。因此，格式 [R，G，B] = [255，255，255]的命令将使照明单元针对红光、绿光和蓝光的每一个生成最大 辐射功率(由此创建白色光)。使用DMX协议的通信链路典型地可以支持高达512个不同的照明单元通道，并且 设计用于接收以DMX协议格式化的通信的给定照明单元可以被配置为仅仅响应对应于照 明单元的多个通道的包中的512个字节的一个或多个特定数据字节(例如，在三通道照明 单元的实例中，由照明单元使用三个字节)。特定照明单元的感兴趣的特定数据字节(一 个或多个)可以基于它们在所述包中512个数据字节的全部序列中的位置确定。为此，基 于DMX的照明单元可以装配有地址选择机构，其可以被配置为确定照明单元在给定DMX包 中响应的数据字节(一个或多个)的特定位置。然而，应当理解，适合与本发明的实施例一起使用的照明单元不限于使用DMX命 令格式，因为根据各种实施例的照明单元可以被配置为对其他类型的通信协议/照明命令 格式做出响应，从而控制它们各自的光源。一般地，处理器102可以被配置为响应多种格式 的照明命令，其根据代表针对每个通道的零到最大可用操作功率的一些标度(scale)表达 针对多通道照明单元的每个不同通道的规定的操作功率。例如，在一些实施例中，给定的照明单元的处理器102可以被配置为解释以传统 以太网协议(或基于以太网概念的相似协议)接收的照明指令/数据。以太网是通常用于 局域网(LAN)的公知的计算机联网技术，以太网定义了用于形成网络的互连设备的布线和 信令要求以及在网络上传输的数据的帧格式和协议。耦合到网络的设备各自具有唯一的地 址，并且用于网络上的一个或多个可寻址设备的数据被组织为包。每个以太网包包括指定 了目的地地址和源地址的“报头”，其后面是包括若干字节数据的“有效载荷”(例如，在II 型以太网帧协议中，有效载荷可以为从46个数据字节到1500个数据字节)。包以误差校正 码或“校验和”结束。相似于上述DMX协议，指定用于被配置为以以太网协议接收通信的给 定照明单元的连续以太网包的有效载荷可以包括代表用于能够由照明单元生成的光的不 同可用光谱(例如，不同颜色通道)的各个规定的辐射功率的信息。在又一个实施例中，给定的照明单元的处理器102可以被配置为解释以例如在美 国专利No. 6，777，891中描述的基于串行的通信协议接收的照明指令/数据。特别地，根据 基于基于串行的通信协议的一个实施例，多个照明单元100经由一个或多个通信端口 120 耦合在一起以形成照明单元的串联连接(例如，菊花链(daisy-chain)或环状拓扑结构)， 其中每个照明单元具有输入通信端口和输出通信端口。传输到照明单元的照明指令/数据 可以基于每个照明单元的串联连接中的相对位置顺序地被布置。应当理解，尽管结合使用基于串行的通信协议的实施例特别地讨论了基于照明单元的串联连接的照明网络，但是本 发明不限于这个方面，因为下面进一步结合图2讨论本发明设想(contemplate)的照明网 络拓扑结构的其他实例。在使用基于串行的通信协议的一个实施例中，当串联连接中的每个照明单元的处 理器102接收数据时，它“剥离”或提取用于(intended for)它的数据序列的一个或多个初 始部分并且将数据序列的剩余部分传输到该串联连接中的下一个照明单元。例如，再次考 虑多个三通道(例如，“R-G-B”)照明单元的串联互连，三个多位值(每个通道一个多位值) 可以由每个三通道照明单元从所接收的数据序列中提取。串联连接中的每个照明单元又可 以重复该过程，即剥离或提取所接收的数据序列的一个或多个初始部分(多位值)并传输 该序列的剩余部分。又被每个照明单元剥离的数据序列的初始部分可以包括针对能够由照 明单元生成的光的不同可用光谱(例如，不同颜色通道)的各自的规定的辐射功率。如上 面结合DMX协议讨论的，在各种实现方式中，每个通道的每个多位值可以是8位值或每个通 道其他数量的位(例如12、16，24等)，这部分地依赖于用于每个通道的期望的解决方案。在基于串行的通信协议的又一个示范性实现方式中，标记(flag)可以与代表用 于给定的照明单元的多个通道的数据的数据序列的每个部分关联，并且用于多个照明单元 的整个数据序列可以被从照明单元完全传输到串联连接中的照明单元。当串联连接中的照 明单元接收数据序列时，它可以搜索(search for)包含指示给定部分(代表一个或多个通 道)还没被任何照明单元读取的标记的数据序列的一部分。当找到这样的部分时，照明单 元可以读取并处理数据序列的该部分以提供对应的光输出，然后设置对应的标记以指示该 部分已经被读取。因此，在该实现方式中，整个数据序列可以被从照明单元传输到照明单 元，其中与数据序列关联的标记的状态指示可用于由照明单元读取并处理的数据序列的下 一个部分。在与基于串行的通信协议一起使用的另一个实施例中，被配置用于基于串行的通 信协议的给定的照明单元100的控制器105可以被实现为专用集成电路(ASIC)。该ASIC 可以被设计以根据上述“数据剥离/提取”处理或标记修改”处理来特别地处理所接收的照 明指令/数据流。例如，在具有在串联连接中耦合在一起以形成网络的多个照明单元的一 个实施例中，每个照明单元可以包括具有前述的处理器102、存储器114和通信端口( 一个 或多个)120的功能的ASIC实现的控制器105，如图1所示(在一些实现方式中，不需要包 括可选的用户接口 118和信号源124)。美国专利No. 6，777，891中详细讨论了这样的实施 例。在一个实施例中，照明单元100可以包括并且/或者耦合到一个或多个电源 (power source) 108。在各种方面，电源(一个或多个)108的实例包括但不限于AC电源、 DC电源、电池、基于太阳能的电源、基于热电的或机械的电源等等。此外，在一个方面，电 源(一个或多个)108可以包括或关联于一个或多个功率转换设备或功率转换电路(例 如，在一些情况下，在照明单元100内部)，其将由外部电源接收的功率转换为适合于在 照明单元100的各种内部电路部件和光源的操作的形式。在美国申请No. 11/079，904和 No. 11，429，715中讨论的一个示范性实现方式中，照明单元100的控制器105可以被配置 为从电源108接受标准A.C.线电压并基于与DC-DC转换有关的概念或“开关”电源的概念 为光源或照明单元的其他电路提供合适的D.C.操作功率。在这种实现方式的一个方面，控制105可以包括电路以接受标准A.C.线电压并且确保以显著高的功率因数从线电压汲取功率。给定的照明单元100也可以具有用于光源(一个或多个)的多种安装布置的任 何一个、部分地或全部地封装光源的封装/外壳布置和形状、和/或电气的和机械的连接 配置。特别地，在一些实现方式中，照明单元可以被配置为替代物或“改型”以在传统插座 (socket)或固定装置(例如，爱迪生型螺旋插座、卤素固定装置、荧光固定装置等等)中电 学地和机械地啮合(engage)。此外，上述一个或多个光学元件可以部分地或全部地与用于照明单元的封装/外 壳布置集成。而且，上述照明单元的各种部件(例如处理器、存储器、电源、用户接口等等) 以及可以与不同实现方式的照明单元关联的其他部件(例如，传感器/变换器、利于到和从 单元的通信的其他部件等等)可以通过多种方式封装；例如，在一个方面，各种照明单元部 件的任何子集或全部以及可以与照明单元关联的其他部件可以封装在一起。在另一个方 面，被封装的部件子集可以以多种方式电气地和/或机械地耦合在一起。图2示出根据本发明的一个实施例的联网的照明系统200的实例。在图2的实施 例中，相似于上面所讨论的照明单元的多个照明单元100被耦合在一起以形成联网的照明 系统。然而，应当理解，图2中所示的照明单元的特定配置和布置仅仅用于说明的目的，并 且本发明不限于图2中所示的特定系统拓扑结构。此外，尽管图2中没有明确示出，但是应当理解，联网的照明系统200可以被灵活 地配置为包括一个或多个用户接口以及一个或多个信号源，例如传感器/变换器。例如， 一个或多个用户接口和/或一个或多个信号源，例如传感器/变换器，(如结合图1所讨论 的)可以与联网的照明系统200的任何一个或多个照明单元关联。可替代地(或除了上述 之外)，一个或多个用户接口和/或一个或多个信号源可以被实现为联网的照明系统200中 的“独立”部件。无论独立部件是否特别地与一个或多个照明单元100关联，这种部件可以 被联网的照明系统的照明单元所“共享”。有差别地讲，一个或多个用户接口和/或一个或 多个信号源(比如传感器/变换器)可以在联网的照明系统中构成“共享资源”，照明系统 可以结合控制该系统的任意一个或多个照明单元而使用。如图2所示，照明系统200可以包括一个或多个照明单元控制器(下文中为 “LUC”)208A、208B、208C和208D，其中每个LUC负责与耦合到它的一个或多个照明单元100 通信并且一般地控制这些照明单元100。尽管图2中示出了耦合到LUC208A的两个照明单 元100，并且一个照明单元100耦合到每个LUC208B、208C和208D，但是应当理解，本发明不 限于这个方面，因为不同数量的照明单元100可以使用多种不同的通信介质和协议耦合到 多种不同的配置(例如，串联连接、并联连接、串联和并联连接的组合，等等)的给定的LUC。在一些实施例中，每个LUC可以耦合到中央控制器202，其被配置为与一个或多个 LUC通信。尽管图2示出经由普通连接204(其可以包括任意数量的多种传统耦合、开关和 /或联网的设备)耦合到中央控制器202的四个LUC，但是应当理解，根据各个实施例，不同 数量的LUC可以耦合到中央控制器202。此外，根据本发明的各种实施例，LUC和中央控制 器可以使用多种不同通信介质和协议以多种配置耦合在一起以形成联网的照明系统200。 而且，应当理解，LUC和中央控制器的互连以及照明单元到各个的LUC的互连可以以多种方 式中的任意一种方式实现(例如，使用不同的配置、通信介质和协议)。
例如，根据本发明的一个实施例，中央控制器202可以被配置为实现与LUC的基于 以太网的通信，并且LUC又可以被配置为实现与照明单元100的基于以太网、基于DMX、或基 于串行的协议的通信之一(如上所述，在美国专利No. 6，777，891中详细讨论了适用于各种 网络实现方式的示范性的基于串行的协议)。特别地，在该实施例的一个方面，每个LUC可 以被配置为可寻址的基于以太网的控制器并且因此可以是使用基于以太网的协议通过特 定唯一地址(或地址和/或其他标识符的唯一组)对于中央控制器202可标识的。以此方 式，中央控制器202可以被配置为支持遍及耦合的LUC的网络的以太网通信，并且每个LUC 可以响应用于它的这些通信。反过来，每个LUC可以响应于与中央控制器202的以太网通 信例如经由基于以太网、DMX或串行的协议将照明控制信息传输到耦合到它的一个或多个 照明单元(其中，所述照明单元适当地被配置为解释以基于以太网、DMX或串行协议从LUC 接收的信息)。根据一个实施例，LUC208A、208B和208C可以被配置为“智能的”，因为中央控制 器202可以被配置为将更高级命令传输到LUC，该命令需要在照明控制信息可被转发到照 明单元100之前由LUC解释。例如，照明系统的操作者可能想要生成颜色变化的效果，该 效果以这样的方式从照明单元到照明单元地改变颜色使得生成颜色的传播的彩虹的外观 (“彩虹追逐”)，给定了照明单元相对于彼此的特定放置。在该实例中，操作者可以提供简 单的“彩虹追逐”指令到中央控制器202，并且中央控制器又可以使用一个或多个基于以太 网的协议将高级命令传输到一个或多个LUC以生成该彩虹追逐。所述命令(一个或多个) 可以包含例如定时、强度、色调(hue)、饱和度或其他相关信息。当给定的LUC接收这样的 命令(一个或多个)时，它可以解释这些命令(一个或多个)并使用多种协议(例如，以太 网、DMX、基于串行的协议)中的任意一种将其他命令(一个或多个)传输到一个或多个照 明单元，响应于此，照明单元的各个光源经由多种信令技术(例如，PWM)中的任意一种来控 制。根据另一个实施例，照明网络的一个或多个LUC可以耦合到多个照明单元100的 串联连接(例如，参见图2的LUC208A，其耦合到两个串联连接的照明单元100)。在这样的 实施例的一个方面，每个以此方式耦合的LUC可以被配置为使用基于串行的通信协议与多 个照明单元通信，上面提供了这样的实例。在一个示范性实现方式中，给定的LUC可以被配 置为使用基于以太网的协议与中央控制器202和/或一个或多个其他LUC通信，并且又使 用基于串行的通信协议与所述多个照明单元通信。以此方式，LUC可以在一种意义下被视 为协议转换器，其以基于以太网协议接收照明指令或数据并且使用基于串行的协议将该指 令传递到多个串联连接的照明单元。然而，应当理解，在包括以多种可能的拓扑结构布置的 基于DMX的照明单元的其他网络实现方式中，给定的LUC类似地可以被视为协议转换器，其 以基于以太网协议接收照明指令或数据，并且传递以DMX协议格式化的指令。还应当理解， 在根据本发明的一个实施例的照明系统中使用多个不同的通信实现方式(例如，以太网/ DMX)的前述实例仅仅是用于说明的目的，并且本发明不限于该特定实例。根据前述，可以理解，上述一个或多个照明单元能够生成高度可控的在宽的颜色 范围上可变颜色的光，以及在宽的色温范围上可变色温的白色光。本发明的某些方面涉及通过引用合并于此的Cunningham的美国专利 No. 6，683，423 ( "Cunningham' 423专利”)中总体上讨论的照明装置，并且更特别地涉及适合用作这种照明装置的一部分并且被配置为产生具有选定颜色的光的照明设备。本发明的 一些方面进一步涉及一种用于操作这种照明装置以提供在剧场应用中有用的光谱的方法。例如，本发明的一个方面涉及一种用于产生具有受控的光通量光谱的光束的照明 设备，所述光谱例如包括仿真(emulating)由预定的光源产生的光束的光谱的光谱，所述 预定的光源中有或没有滤色器。所述照明设备包括多组发光设备，每个这样的组被配置为 发射具有不同光通量光谱的光，其具有峰值通量波长和预定的光谱半宽。在示范性非限制 性实现方式中，每组的光谱半宽可以小于大约40纳米(nm)，并且这些组可以被配置为使得 每组的峰值通量波长与另一组的峰值通量波长的间隔小于大约50nm。所述照明设备可以进 一步包括可配置为提供选定量的电功率到发光设备组的控制器，使得这些组协作地产生具 有规定光通量光谱的合成光束。本发明的另一方面涉及一种适用照明装置的一部分的照明设备，其用于产生具有 仿真由预定的具有白炽灯的光源产生的光束的光谱的光通量光谱的光束，这种光源没有修 改由灯发射的光的光通量光谱的滤光器。所述照明设备包括多组发光设备并且进一步包括 可配置为提供选定量的电功率到所述组发光设备的控制器。这些组协作地产生具有规定的 光通量光谱的合成光束，该光谱相对于待仿真的由预定光源产生的光束的光通量光谱具有 少于大约30%的横跨可见光谱的归一化平均偏差。本发明的又一方面涉及一种用于产生具有规定的光通量光谱的光束的照明设备， 其中至少两组或多组发光设备包括不同数量的设备。所述照明设备进一步包括可配置为提 供选定量的电功率到所述组发光设备的控制器，使得它们协作地产生具有规定的光通量光 谱的合成光束。每组中设备的特定数量可以被选择为当照明设备用于仿真由特定光源提供 的光通量光谱时提供某些优点。例如，所述数量可以被选择使得如果控制器提供最大电功 率到所有组，则所得的合成光束将具有精密地匹配将被仿真的光束的光谱的光通量光谱。本发明的又一方面涉及一种包括五组或更多组发光设备并且进一步包括被配置 为提供选定量电功率到所述五组或更多组发光设备的照明设备，使得这些组协作地产生具 有规定光通量光谱的合成光束。在一些实施例中，所述照明设备可以包括八组或更多组这 样的发光设备，以利于对由照明设备生成的合成光束的光通量光谱进行更强地控制。在特 定实现方式中，所述发光设备组中的每一组可以包括多个发光二极管(LED)。此外，所述照 明设备可以可选地使用光学组件，其聚集所发射的光并将来自照明设备的合成光束投射， 如下面更详细地讨论的。在一些实现方式中，本发明设想一种被配置为投射具有选定颜色的光束的照明装 置。该照明装置可以包括被配置为发射在窄带颜色范围内的光的LED的阵列。耦合到该LED 阵列的控制器可以被配置为提供选定量的电功率到这些LED，使得从该装置发射的组合的 光具有规定的合成光通量光谱。LED阵列可以安装在外壳内的散热器上以利于来自LED的 热消散。在一些实现方式中，该LED组的波长段可以基本上跨越整个可见光谱，即大约420 纳米(nm)到大约680nm。用于以高强度发射必要颜色的光的、适合与本发明的实施例一起 使用LED可以例如从NC的Durham的Cree公司或CA的San Jose的飞利浦Lumileds获得。图3A-4D示出根据本发明的各个方面的适合用于剧场照明的剧场照明装置及其 若干部件。特别地，如下面更详细地讨论的，本发明设想一种提供与传统照明装置相比提高 的能量效率、减少的重量和/或长的装置寿命的照明装置。在本文所描述的各种实施例中，照明装置可以使用一个或多个LED照明单元和一个或多个散热器以提供冷却空气的路径， 其有效地移除由LED照明单元和/或各种电子部件生成的热。根据本发明的照明装置的实 施例提供实时的、动态的、可控的颜色变化能力。在一个实现方式中，根据本发明的剧场照 明装置生成仿真由传统照明装置生成的光的光谱的光输出。在本发明的一些实施例中，照明装置300包括透镜遮光罩(lenShOOd)310、一个或 多个透镜315、外壳320、端部单元330、轭(yoke) 340和基于LED的照明组件350，如图3A 和3B所示。基于LED的照明组件350可以包括如上所述的一个或多个光源104。照明装 置300的各种部件可以被组装为模块件(modular piece)以利于该装置的拆卸，从而允许 维修部件、轻松存储等等。在操作中，例如在舞台或场景应用中，照明装置300可以以任何 期望的方位经由附接到轭340的夹具而被安装在任何传统的支撑结构(未示出)上。在一个实施例中，透镜遮光罩310可以由压铸铝或塑料(比如聚碳酸酯)组成，并 且外壳320和端部单元330也可以包括塑料，比如聚碳酸酯。上述照明部件中的一些或全 部可以使用适当的方法制造，这些方法比如模压、铸造、冲压等等。在一个实现方式中，透 镜遮光罩310可以被配置为接收一个或多个可互换的光学透镜315。一个或多个光学透镜 315可以包括例如覆盖透镜和发散透镜(spread lens)，虽然也可以设想其他配置。光学透 镜(一个或多个)315可以被选择以实现期望的照明效果或图案(例如，以期望的角度提供 连续的光束)。例如，在一些实现方式中，照明装置300使用二级光学系统，包括LED准直器 和发散透镜以提供冲洗效果(wash effect) 0所得的光输出可以是各种光束角的光的均勻 图案。在一些实施例中，还可以使用漫射器(diffuser)，并且该漫射器可以放置在例如距准 直器透镜大约100mm处。如上所述，在一些实施例中，透镜遮光罩310可以被配置成使得光学透镜315可 以在照明装置300安装到支撑结构之前或之后被相互交换以获得期望的光束发散。例如， 在一些实施例中，可以实现至少四个基本光分布-很窄的斑点图案可以通过使用清楚的覆 盖透镜和准直器来实现；窄斑点可以通过仅仅使用漫射器(例如，+/_5度漫射器)来实现； 以及中等的(例如，12度X 18度的光束角)或宽的(例如，17度X27度的光束角)泛光 (flood light)可以通过使用具有漫射器的发散透镜来实现。在一些实施例中，光学透镜可 以包括漫射器或枕形(pillow)光学器件以提供期望的光束角。将参照图4A-4D更详细地 描述根据本发明的一些实施例的LED准直器。在一些实施例中，基于LED的照明组件350包括LED模块360、散热器364、护罩 366、高电压电源电路板368、驱动器电路板370和372、安装板374和风扇376，如图3C所 示。在各种实现方式中，外壳320可以被配置为利于通过限定多个用于进气口的开口 325高 效地消散由组件350生成的热。如下面更详细地描述的，本发明的各种实施例被配置为提 供冷却空气的路径以移除由LED模块360和电源生成的热并且控制照明装置300的部件， 从而导致照明组件350的能效和性能得到提高。在一些实施例中，LED模块360包括多个光源104，并且可以被构造为单个印刷电 路板362 (如图3E所示)，下面将进一步讨论。LED模块360可以使用螺丝钉或通过使用任 何其他合适的固定装置附接到散热器364，该螺丝钉位于相邻的光源104之间，所述固定装 置包括但不限于螺钉或粘合剂。LED模块360另外可以包括布置在散热器364上的中间缝 隙垫，以在印刷电路板362与散热器364之间提供热连接并保持电绝缘。参照图3A-3C，散热器364可以包括鳍片365以增加散热器与冷却空气接触的表面积，该冷却空气是通过风 扇376进入并穿过散热器364并向上穿过护罩366的动作而被汲取进入照明装置300的。 因此，热可以从LED模块360被传递穿过散热器364的鳍片365并且被由风扇376建立的空 气流传输。在一个实现方式中，鳍片365基本上与外壳320中的开口 325对准。散热器364 可以由铝或任何其他导热材料通过例如压铸或机械加工制成。在本发明的其他实现方式 中，可以使用不同于或除了鳍片365之外的配置来增加散热器的表面积以改进热的移除。在一个实施例中，护罩366引导冷却空气流使之朝向高电压电源电路板368和驱 动器电路板370和372，从而移除由它们生成的热。护罩366可以由铝或塑料构成，并且可 以通过模压、铸造、冲压或通过任何其他合适方法制造。在一些实施例中，安装板374包括 金属片并且可以通过冲压制造。风扇376可以从本领域技术人员公知的多个容易获得的风 扇中选择。特别地，可以使用低噪声风扇。风扇376可以汲取冷却空气穿过安装板374中 的孔并进入端部单元330。因此，照明装置300提供对由LED模块360和所述一个或多个电 源和控制部件生成的热进行的有效移除。改进的热消散又导致改进的能量转换和部件更好 的性能和寿命，并且最终导致该装置增强的可靠性和性能。如图3A-3D所示，在一些实现方式中，高电压电源电路板368可以是印刷电路板组 件，其获得通用AC输入(85-264V AV, 50/60Hz)并以高达350瓦特大约输出400V DC。此 外，电源368可以通过功率因数校正并且在低线电压(85V AC)处效率可为90%或更高效 (efficient)，并且在110V AC处效率大于95%以及更高。在一个实现方式中，电源368可 以被建造在L6563PFC控制器芯片周围，该控制器芯片用于高输出功率的“固定关闭时间” 配置中,可从STMicroelectronics(Carrolton，Texas)获得。在一个示范性实施方式中，电 源368可以用标准的、现货供应的部件和至少一个定制的电感器制成。大的挤压成形的铝 散热器可以集成到电源电路板368上，并且二极管电桥、开关FET和开关二极管可以安装在 具有热润滑脂界面的散热器，使得散热器和开关二极管彼此电绝缘。电源368还可以以500 微安提供12V DC的低电压DC偏置输出到功率控制板384(下面结合图3D进一步讨论)和 风扇 376。在一个实施例中，Power Integration TNY 电路(可从 California，Sunnyvale 的Power Integrations公司获得)可以用于并适合于流出(run off) 400VDC总线电压。这 种电路可能需要小的定制变压器，其包括对绕组数量和绕组线的调节以实现期望的配置。如图3D所示，LED模块360的光源104连接到驱动器电路板370和372。也连接到 驱动器370和372的可以是来自布置在LED模块360上的温度传感器的信号。在图3A-3D 的说明性实例中，每个驱动器370、372可以使用感应驱动技术驱动4个LED串(string)。 驱动器板370、372可以从高电压电源360接收400V DC总线电压，并且从控制板384到驱 动器板370、372的照明控制信号(或照明命令)的传输可以经由具有半双工差分主/从 配置的光学隔离的高速串行总线来实现。在一个实现方式中，驱动器板370、372可以是串 行总线从设备(slave)，并且参照图3F更详细地描述的控制板384可以是串行总线主设备 (master)0在一个方面，每个驱动器板370、372可以包括两个微处理器脉宽调制(PWM)处 理器和反馈处理器。该PWM处理器可以解释来自控制板384的照明命令并且可以生成数字 PWM信号到所述4个LED电感驱动器中的每一个。在一个方面，如下面进一步详细讨论的， 由控制板384提供的且由PWM处理器处理的给定照明命令可以包括“n元组”通道值，其中该n元组通道值包括用于LED模块中多个LED光源的每个不同颜色或色温的一个值(例如， 参考上面结合图1关于[R，G，B]命令格式的讨论)。所述反馈处理器可以执行校准和监控 功能，例如监控每个LED串上的电压和电流以及监控温度传感器输入。一个或两个微处理 器可以布置在光学隔离的串行总线上并且它们还可以具有直接的、隔离的数字连接以便提 供对故障检测和通道损坏的快速响应。在一个实现方式中，PWM处理器和LED驱动器可以 被引用至(referenced to)400V DC输入的低电势侧，而反馈处理器被引用至高电势侧。在 一个实现方式中，串行总线可以由控制板384供电并且被引用至控制板384。在一个实现方式中，LED模块360包括被以阵列形式配置在电路板362上的光 源104。如图3E所示，八种不同颜色可以由光源104表示品蓝色(入= 455-460nm)、 蓝色(X = 470-475nm)、青色(X = 505-510nm)、绿色(X = 525_530nm)、琥珀色 1 (入 =585-590nm)、琥珀色 2 ( X = 595_600nm)、红橙色(X = 615_620nm)和红色(人= 630-635nm).本发明不限于这个方面，并且其颜色集合或颜色的子集被设想没有脱离本发 明的范围和精神。在一些实现方式中，给定的颜色的光源104可以串联连接，以提供8个光源104 串，且每种颜色一个串。如图3E所示，光源104可以以大约圆形的六边形填满的图案来布 置，且颜色随机分布以帮助针对来自照明装置300的合成输出光束的颜色混合。然而，应当 理解，光源104可以以任何适当的布置被配置，并且本发明的实施例不限于这个方面。下面 的表1提供了光源104配置的实例和它们的性能特性 表 1在一个示范性实现方式中，光源104可以包括可从NC，Durham的Cree公司获得的 XR-E7090LED 单元。
在一些实施例中，LED模块360可以另外地使用分布在印刷电路板362上的温度 传感器(未示出)。该温度传感器可以包括例如电热调节器或本领域技术人员所公知的其 他合适的温度感测设备。在一个实现方式中，印刷电路板362可以具有4层，其中底层是具 有多个用于热传递的通孔的连续的铜平面。信号路由可以发生在顶层、相邻的光源104和 这两个内层上。在一个实现方式中，可以在顶层和内层之间提供盲孔，以降低底层与散热器 364之间短路的风险。尽管已经结合图3E描述了印刷电路板362中层的特定布置，但是应 当理解，各种实现方式可以包括具有一个或多个层的许多不同的印刷电路板配置中的任何 一个。参照图3F，在一个实现方式中，端部单元330可以收纳(house)用于照明装置 300的各种控制电路/设备。在一个方面，端部单元330可以收纳三个印刷电路板控制板 384 (上面结合图3D讨论的)、连接器板380和存储卡板382。在一个方面，控制板384以及 布置在端部单元中的其他板基本上与基于LED的照明组件350的驱动器板和电源板绝热。控制板384可以包括使用例如可从Microchip Technology公司(Chandler, Arizona)获得的微芯片(例如dsPIC33FJ256GP710芯片)的主控制处理器。在一些实现方 式中，控制板384可以被配置为接收DMX输入和/或以太网输入(经由连接器板380的一 个或多个连接器，图3F中所示)并且提供以太网输出(例如，用于控制驱动器370和372)。 例如，第一微芯片(例如，Microchip ENC28J60)可以用于提供10-百万位以太网接口，并 且第二微芯片(例如，Microchip TC664)可以用于提供对风扇的控制与反馈。这样的微芯 片可以从Microchip Technology公司(Chandler，Arizona)获得或从任何其他合适的来源 获得。控制板384可以提供来自高电压电源368的12V DC输入功率。在一些实现方式中， 可以利用开关调节器(例如，LM2594开关调节器)将该输入功率调低到5V DC，并且可以利 用线性调节器(例如，LT 1521线性调节器)将该输入功率进一步逐步降低到3. 3V DC。上 述调节器可以从例如California，Newbury Park的Semtech公司获得。一种逐步增加转换 器(例如可从California，Torrance的IC Plus公司获得的MAX8574转换器)可以在处理 器控制下用于生成供给0LED显示器(或任何其他适当类型的显示器)的12V DC偏置电源 (bias supply)0在一个实现方式中，所述控制板接收代表用于所生成的照明的期望的输出颜色或 色温至少一个输入信号，并且处理所述至少一个输入信号从而提供代表包括n元组通道值 的照明命令的至少一个控制信号，其中所述n元组通道值包括用于多个LED光源的每个不 同颜色或色温的一个值。例如，在存在八种不同颜色的LED光源的实现方式中，所述控制 板可以提供作为输出照明命令，其中每个命令包括八种针对各个不同颜色的不同相对强度 值，使得当八种颜色的指定比例被混合时，实现照明的期望输出颜色或色温。在一个实现方 式中，到控制板的输入信号(一个或多个)包括多维颜色空间中期望输出颜色的表示，并且 所述控制板被配置为将多维颜色空间中期望的输出颜色的表示映射到包括n元组通道值 的照明命令。通过如下面进一步讨论的实例，所述多维颜色空间可以包括色调-饱和度-亮 度(HSB)颜色空间、红-绿-蓝(RGB)颜色空间或CIE颜色空间。在如下面更详细地讨论 的另一个示范性实现方式中，到控制板的输入信号(一个或多个)可以包括定义源光谱和 彩色透明滤光板滤光器颜色的 < 源，滤光器 > 对形式的期望输出颜色的表示，并且所述控制 板可以被配置为将 < 源，滤光器 > 对映射到包括n元组通道值的照明命令。
在一个方面，控制板384至少部分地基于命令输入(例如，经由连接器板380以 DMX或以太网格式接收的)和来自温度传感器的反馈以及其他参数来计算PWM值以用于控 制光源104的串。控制板380还可以更新并监控用户接口(下面更详细地描述)，并且基 于对用户控制模式和/温度反馈的选择控制风扇376的速度。所述主控制处理器还可以被 设置为经由从在驱动器370和372处的校准处理器接收的数据执行对照明装置300的电校 准。在一些实施例中，控制板384可以另外地包括用户接口 385，其包括图形显示器 387和触感开关按钮389，如图3F所示。该图形显示器可以例如是有机发光二极管(0LED) 显示器。在一个实现方式中，用户接口 385可以被配置为允许用户通过选择多个颜色模式 中的一个来指定将被所述照明设备输出的光的颜色。例如，在第一颜色模式中，用户可以 为每个LED串值直接指定颜色选择。这可以使用例如8位/简化的或16位/全的分辨率 (resolution)来实现。在第二颜色模式中，用户可以选择标准的颜色空间，比如色调-饱 和度-亮度(HSB)或红-绿-蓝(RGB)。在第三颜色模式中，用户可以选择白色模式，其中 从所述照明设备输出的白光的色温可以变化。在第四颜色模式中，用户可以选择CIE颜色 空间中的 Commission Internationale de I'Eclairage (CIE)坐标。与为 3 维空间的 HSB 和RGB颜色空间成对比，CIE颜色空间是2维空间。在第五颜色模式中，用户可以选择〈源，滤光器〉对，其对应于现有技术的照明系 统中使用的标准值定义源灯和彩色透明滤光板数。在第五颜色模式中，当本发明的照明装 置提供标准 < 源，滤光器 > 值时，该照明装置可以生成接近地近似于使用白炽灯或气体放电 灯和标准颜色或二向色滤光器的现有技术的照明系统的光输出。更特别地，在各种实现方 式中，本发明设想一种用于通过允许用户选择源光谱(比如HPL750)和彩色透明滤光板颜 色(比如R0SC085或R85) (LED照明装置然后尽可能接近地对其进行复制)来指定多光谱 光源的命令的输出颜色的方法。在一些实现方式中，这种命令方法可以包括(i)源光谱和 彩色透明滤光板吸收光谱的光度测定测量；(ii)多个LED光谱源的每一个的精确测量和校 准；以及(iii)多光谱装置的机载固件，其可以从〈源，滤光器〉对映射到n元组的各个通 道值，从而调节操作温度和各个通道光度测定。本文所描述的照明源的光谱控制功能可以 使得能够基于被照射的表面的已知光吸收分布调节所投射光的光谱。在各种实现方式中， 根据本发明的方法用于将 < 源，滤光器 > 对映射到n元组的各个通道值的方法可以使用一 个或多个数学最优化方法来近似代表或描述剧场照明系统的方程系统的解。尽管本文已经描述了五种颜色模式，但是应当理解，控制板384上的用户接口和 相关电路可以被编程或被配置为产生多种期望的光输入中任意一种，并且本发明的实施例 不限于这个方面。在一些实现方式中，主处理器板384可以进一步使用各种连接器以用于连接到功 率输入、连接器板380、存储器卡板382、0LED显示器或风扇输出。控制板384可以进一步 包括提供串行总线到驱动器板370、372，如上面结合图3D讨论的。存储器卡板382可以可 选地包括安全数字(SD)卡或另一个用于存储数字媒体的合适的存储器设备。在一个实现 方式中，该SD卡(或其他存储介质)可以用于存储照明装置300的配置数据。根据本发明的其他方面，各种光学器件可以用于改变从光源104发射的光的方向 或聚焦。如图4A和4B所示，准直器400可以完全封闭单个光源104以将由光源104生成的光重定向成为类似准直的光束。例如，如果从封闭的光源104输出的光限定了 110度的 椎体，则准直器400可以将该光重定向成为10度的光椎体。再次参照图3E，在一个说明性实例中，每个光源104可以耦合到它自己的准直器 400。在一个实现方式中，至少一些准直器400可以是具有中心透镜光学器件并由聚碳酸酯 材料形成的全内反射准直器。这种准直器400可以具有门(gate)，其允许制造期间简单的 模压工艺。参照图4B，在一个方面，中心透镜光学器件距LED的距离可以被选择以包含10 度半高全宽(FWHM)内的LED的图像，并且准直器的其他表面可以被配置为复杂的b样条曲 线，其旋转到将光重定向到10度FWHM区域中的表面中。在一些实施例中，准直器400可以使用机械支架(比如，图4C和4D中示出的准直 器支架410)附接到印刷电路板362，尽管在其他实施例中，聚焦光学器件和支架可以组合 成单个可附接结构。准直器支架410可以由塑料构成、可以通过例如模压工艺制造、并且可 以被成形以利于提供光源104的阵列的配置，如图3E所示。在图4C和4D所示的特定实现 方式中，当附接到印刷电路板362时，单个准直器支架410被成形以提供相邻准直器支架 410之间的缝隙。这种设计利于接近将LED模块360连接到散热器364的螺丝钉或连接器。在本发明的一个实现方式中，在制造照明装置300的过程中，准直器支架410附 接到印刷电路板362。准直器400随后可以被放置在支架410中并利用例如热熔销(heat stake pin)412固定到位置中。在一些实现方式中，准直器支架410可以使用按压配合与 光源104对准。在支架410被附接到印刷电路板362之后，准直器400可以被放置在支架 410中。如图4D所示，支架410可以在其内部具有一个或多个(例如三个)引导挡边414， 以确保准直器400没有任何倾斜或歪斜。一个或多个热熔销412可以用于将准直器400固 定到相对于印刷电路板362的位置中。尽管本文已经描述并示出了本发明的若干实施例，但是本领域技术人员将会容易 设想用于执行所述功能和/或获得所述结果和/或本文所描述的一个或多个优点的多种其 他装置和/或结构，并且这样的变型和/或修改的每一个被认为在本文所描述的本发明的 实施例的范围内。更一般地，本领域技术人员将容易理解，本文所描述所有参数、尺寸、材料 和/或配置被认为是示范性的，并且实际的参数、尺寸、材料和/或配置将依赖于本发明的 教导被使用的特定应用或多个应用。并与技术人员将认识或能够仅仅使用常规实验来确定 特定于本文所描述的本发明的实施例的许多等价物。因此，应当理解上述实施例仅仅通过 实例呈现，并且在所附权利要求及其等价物的范围内，可以不同于特定描述的和要求保护 的方式来实践本发明的实施例。本发明的创造性实施例涉及本文所描述的每个单独的特 征、系统、物件、材料、工具(kit)和/或方法。此外，如果这样的特征、系统、物件、材料、工 具(kit)和/或方法不是不相容的，则两个或更多这样的特征、系统、物件、材料、工具和/ 或方法的任意组合包含在本发明的范围内。本文所定义和使用的所有定义应当被理解以控制(control over)字典定义、通过 引用合并的文献中的定义和/或所定义的术语的普通意义。说明书和权利要求中使用的不定冠词“一”应当被理解为表示“至少一个”，除非清 楚地给出相反的指示。说明书和权利要求中所使用的短语“和/或”应当被理解为表示如此结合的元素 的“任意一个或两个”，即在某些情况下连接地呈现而在其他情况下分离地呈现的元素。用“和/或”列出的多个元素应当被以相同的方式解释，即“一个或多个”如此结合的元素。除 了由“和/或”分句特别表示的元素之外，其他元素可以可选地被呈现，无论与所特定标识 的元素是相关还是不相关。因此，作为非限制性实例，当结合开放式语言(比如“包括”)使 用时“A和/或B”的引用在一个实施例中仅仅指A(可选地包括除了 B之外的元素)；在另 一个实施例中，仅仅指B (可选地包括除了 A之外的元素)；在又一个实施例中指A和B 二 者(可选地包括其他元素)；等等。说明书和权利要求书中所使用的“或”应当被理解为具有与上面定义的“和/或” 相同的意思。例如，当在列表中分离项目时，“或”或“和/或”应当被解释为包含，即包含多 个元素或元素列表中的至少一个，而且也包含一个以上，并且可选地，包括附加的未列出的 项目。仅仅清楚地相反地指示的术语，例如“仅仅其中一个”或“恰好其中一个”或当在权利 要求中使用时，“由...构成”将指包含多个元素或元素列表中的恰好一个。一般地，当排他 性术语(比如，“两者之一”、“其中一个”、“仅仅其中一个”或“恰好其中一个”)在前时，本 文所使用的术语“或”仅仅被解释为指示排他的替代(即“一个或另一个，而不是两个”)。 当在权利要求书中使用时，“基本上由..·构成”将具有专利法领域中使用的普通意义。说明书和权利要求中使用的关于一个或多个元素的列表的短语“至少一个”应当 被理解为表示选自元素列表中的任意一个或多个的至少一个元素，但是不必包括元素列表 内特别列出的每个元素中的至少一个并且不排除元素的列表中的元素的任意组合。该定 义还允许可以可选地呈现除了元素列表内特别标识的短语“至少一个”所指的元素之外的 元素，无论是否与特别标识的那些元素相关。因此，作为非限制性实例，“A和B的至少一 个”(或，等价地，"A或B的至少一个”或等价地，"A和/或B的至少一个”)在一个实施例 中可以指至少一个A，可选地包括不止一个A，且没有B存在(且可选地包括除B之外的元 素)；在另一个实施例中，指至少一个B，可选地包括不止一个B，且没有A存在(且可选地 包括A之外的元素)；在又一个实施例中，是指至少一个A (可选地包括不止一个A)和至少 一个B (可选地包括不止一个B)(且可选地包括其他元素)；等等。还应当理解，除非清楚地相反地指示，在包括不止一个步骤或动作的本文所要求 保护的任何方法中，该方法的步骤或动作的顺序不必限于所叙述的该方法的步骤或动作的 顺序。在权利要求中以及在上述说明书中，所有过渡性短语比如“包括”、“含有”、“携 带”、“具有”、“包含”、“涉及”、“支撑”、“由..·组成”等等被理解为开放式的，即表示包括但 不限于此。只有过渡性短语“由...构成”和“基本由...构成”分别是封闭或半封闭的过
渡性短语。
权利要求
一种用于提供剧场照明的模块化照明装置(300)，该照明装置包括基本上圆柱形的外壳(320)，该外壳包括至少一个第一开口(325)以用于提供穿过该照明装置的空气路径；布置在所述外壳中的基于LED的照明组件(350)，该基于LED的照明组件包括LED模块(360)，其包括具有不同颜色和/或不同色温且布置在印刷电路板(362)上的多个LED光源(104)；至少一个第一控制电路(368，370，372)，用于控制所述多个LED光源；以及至少一个风扇(376)，用于提供沿着所述穿过照明装置的空气路径的冷却空气流；可拆卸地耦合到外壳的端部单元(330)，该端部单元包括至少一个第二开口(332)以用于提供穿过所述照明装置的空气路径；和布置在所述端部单元中的至少一个第二控制电路(384)，该至少一个第二控制单元电耦合到所述至少一个第一控制电路并且与之基本绝热，其中，所述基于LED的照明组件被配置为引导冷却空气流朝向所述至少一个第一控制电路，从而有效地移除至少由所述至少一个第一控制电路生成的热。
2.权利要求1的照明装置，其中所述至少一个第一控制电路包括 至少一个电源电路板(368)；和至少一个驱动器电路板(370，372)。
3.权利要求2的照明装置，其中所述基于LED的照明组件进一步包括耦合到LED模块的散热器(heat sink) (364)，该散热器包括基本上与所述外壳中的所 述至少一个第一开口对准的多个鳍片(fin) (365)；接近所述散热器布置的护罩(366)，其被配置为引导冷却空气流朝向所述至少一个电 源电路板和所述至少一个驱动器电路板；以及用于至少安装所述至少一个电源电路板和所述至少一个驱动器电路板的安装板 (374)，该安装板具有用于提供所述穿过照明装置的空气路径的孔。
4.前述权利要求中任一项的照明装置，进一步包括耦合到所述外壳的透镜遮光罩 (310)以用于接纳一个或多个光学透镜(315)。
5.权利要求4的照明装置，进一步包括所述一个或多个光学透镜，其中所述一个或多 个光学透镜包括覆盖透镜、发散透镜、漫射器和/或枕形光学器件。
6.权利要求5的照明装置，其中所述一个或多个光学透镜是可互换的，从而提供至少 非常窄的点光束发散、窄点光束发散、中等光束发散和宽光束发散。
7.前述权利要求中任一项的照明装置，进一步包括耦合到外壳的轭(340)，以用于安 装所述照明装置。
8.前述权利要求中任一项的照明装置，其中所述多个LED光源包括至少八个不同颜色 的LED光源。
9.权利要求8的照明装置，其中所述多个LED光源被电气连接，从而形成至少八个串联 连接的光源的串，其中所述多个光源以大约圆形的六边形填满的图案布置在所述印刷电路 板上，并且其中至少八个不同颜色的LED光源被随机地分布在印刷电路板上。
10.权利要求2到9中任一项的照明装置，漆黑中所述至少一个电源电路板包括功率 因数校正(PFC)控制器并且接收在大约85到240伏特的范围中的AC电压，并且提供大约400伏特的第一 DC输出电压和大约12伏特的第二 DC输出电压。
11.权利要求2到10中任一项的照明装置，其中所述至少一个驱动器电路板实现了电 感驱动技术以驱动所述多个LED光源。
12.权利要求11的照明装置，其中所述至少一个驱动器电路板包括脉宽调制(PWM)处理器，用于基于从所述至少一个第二控制电路接收的至少一个控制 信号生成数字PWM信号；以及反馈处理器，用于执行校准功能和/或监控功能，包括监控一个或多个电压、电流和温度。
13.权利要求12的照明装置，其中LED模块包括至少一个温度传感器以用于监控LED 模块的温度，并且其中由所述反馈处理器执行的监控功能包括监控LED模块的温度。
14.权利要求8到13中任一项的照明装置，其中所述至少一个驱动器电路板包括 第一驱动器电路板(370)，用于控制所述至少八个不同颜色的LED光源的第一组四种颜色；以及第二驱动器电路板(372)，用于控制所述至少八个不同颜色LED光源的第二组四种颜色。
15.权利要求2到14中任一项的照明装置，其中所述至少一个第二控制电路被配置为 接收至少一个代表照明装置的期望输出颜色的输入信号，并且其中基于该输入信号，所述 至少一个第二控制电路将至少一个代表包括n元组通道值的照明命令的控制信号提供给 所述至少一个驱动器板，其中η元组通道值包括用于所述多个LED光源的每个不同颜色或 色温的一个值。
16.权利要求15的照明装置，其中所述至少一个输入信号包括在多维颜色空间中期望 输出颜色的表示，并且其中所述至少一个第二控制电路将多维颜色空间中期望的输出颜色 的表示映射到包括η元组通道值的照明命令。
17.权利要求15的照明装置，其中所述至少一个输入信号包括定义源光谱和彩色透明 滤光板滤光器颜色的 < 源，滤光器 > 对形式的期望输出颜色的表示，并且其中所述至少一个 第二控制电路将该 < 源，滤光器 > 对映射到包括η元组通道值的照明命令。
18.权利要求15到17中任一项的照明装置，其中所述至少一个第二控制电路被配置为 接收所述至少一个输入信号作为至少一个DMX格式的和/或以太网格式的输入信号，并且 提供所述至少一个控制信号到所述至少一个驱动器板作为至少一个以太网格式的控制信 号。
19.权利要求18的照明装置，其中以太网格式的控制信号经由具有半双工差分主/从 配置的光学隔离的高速串行总线而提供给至少一个驱动器板。
20.权利要求2到19中任一项的照明装置，其中所述至少一个第二控制电路包括用户 接口，该用户接口包括图形显示器，其中所述用户接口允许用户通过选择多个颜色模式中 的一个来指定将由照明装置输出的光的颜色。
21.前述权利要求中任一项的照明装置，其中LED模块进一步包括用于所述多个LED光 源的每一个光源的准直器。
22.权利要求21的照明装置，其中所述LED模块进一步包括用于多个LED光源的每一 个光源的准直器支架，其中该准直器支架经由一个或多个热熔销附接到所述印刷电路板，并且其中所述准直器布置在准直器支架中。
23.一种用于从包括多个具有不同颜色和/或色温的LED光源的照明装置提供剧场照 明的方法，该方法包括A)接收至少一个代表所述照明的期望的输出颜色或色温的输入信号；和B)处理所述至少一个输入信号以提供至少一个代表包括η元组通道值的照明命令的 控制信号，其中所述η元组通道值包括用于所述多个LED光源的每个不同颜色或色温的一 个值。
24.权利要求23的方法，其中所述至少一个输入信号包括在多维颜色空间中的期望的 输出颜色的表示，并且其中B)包括将在多维颜色空间中的期望的输出颜色的表示映射到包括η元组通道值的照明命令。
25.权利要求23的方法，其中所述至少一个输入信号包括定义源光谱和彩色透明滤光 板滤光器颜色的 < 源，滤光器 > 对形式的期望的输出颜色的表示，并且其中B)包括将该 < 源，滤光器 > 对映射到包括η元组通道值的照明命令。
26.权利要求23到25中任一项的方法，其中Α)包括接收所述至少一个输入信号作为 至少一个DMX格式和/或以太网格式的输入信号，并且其中B)包括提供所述至少一个控制 信号作为至少一个以太网格式的控制信号。
全文摘要
用于提供剧场照明的方法和设备。在一个实例中，一种模块化照明装置(300)具有基本上圆柱形的外壳(320)，其包括用于提供穿过该照明装置的空气路径的第一开口(325)。一种基于LED的照明组件(350)被布置在所述外壳内，并且包括包含多个LED光源(104)的LED模块(360)、用于控制该光源的第一控制电路(368，370，372)和用于提供沿着所述空气路径的冷却空气流的风扇(376)。端部单元(330)可拆卸地耦合到所述外壳并且具有第二开口(332)。第二控制电路(384)被布置在所述端部单元中，并且电耦合到第一控制电路且与该第一控制电路绝热。所述照明组件被配置为引导冷却空气流使之朝向至少一个第一控制电路，从而有效地移除热。
文档编号F21W131/406GK101932873SQ200880106082
公开日2010年12月29日 申请日期2008年9月5日 优先权日2007年9月7日
发明者B·彻梅尔, C·皮普格拉斯, J·沃维克, M·K·布莱克威尔 申请人:飞利浦固体状态照明技术公司