专利名称：改善颜色均匀性的led舞台灯光照明设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及照明装置或其系统的功能特征或零部件，特别是涉及主要用于舞
台灯光照明的设备。
背景技术：
现有技术大功率舞台灯光主要采用金卤放电泡作为光源；由于金卤放电泡为白色光源，所述照明设备发出的灯光色彩需要通过在金卤放电泡前设置滤光片实现。所述金卤放电泡使用寿命较低，只有几百小时到数千小时不等；如果使用滤光片获得多种色彩的舞台照明灯光，投射出图像的色彩饱和度低，色彩不鲜艳，色彩也不丰富。发光二极管LED光源为绿色无污染的干净节能光源，且使用寿命高，随着光通量逐年提升，所述LED光源已经在照明领域内逐渐成为开发应用的首选装置。LED光源可以发出多种单色光，如果舞台灯光照明设备采用LED光源，可以省掉传统方式中的滤光片，而利用RGB三基色光原理，通过调节发出红色光、绿色光和蓝色光的LED的电流的方法获得任意色彩的RGB三基色混合光。由于单色LED的发光颜色饱和度比较高，因而在舞台灯光上采用LED光源，在色彩表现上有非常高的自由度。 现有技术LED发热量高，单个LED芯片不能承受高功率且发光效率还不是很高，通
常采用LED阵列的方式来实现高光通量以获得理想的舞台灯光照明光源。 申请号为200720061982. 0的中国专利公开了一种舞台灯的光源组件，采用一个
LED阵列和大型散热装置，可以提供一百瓦的发光功率，并可通过控制该LED阵列中的不同
色LED的工作来实现色彩调整。其不足之处在于基于散热和光通量等性能指标，尤其是输
出光的亮色均匀性方面的考虑，该光源组件尚不能满足大功率舞台灯光的需求。 为此，本公司曾提出中国专利申请中，将来自多个LED阵列的单色光通过分光合
色装置来合成为一束，可以提高光源的输出功率及改善光输出亮色均匀性。 上述技术还存在一些缺陷和不足之处 1.组成所述LED阵列的各LED芯片的发射光谱、亮度和温度特性都不一样，各LED芯片发出的光经过后续光学系统投射到舞台或者屏幕上时，在该舞台或者屏幕上某一个部分对应每一个LED芯片发出光的特性，例如亮度和光谱，都不一样，从而造成投射出的图像局部偏色； 2.仅仅依靠所述分光合色装置不能令各单色光混合后达到很好的混光效果，从而造成投射在舞台或者屏幕上的图像颜色均匀性较差，尤其会使投射出的白场偏色。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题在于避免现有技术的不足之处而提出一种提高混光效果的LED舞台灯光照明设备，以解决投射在舞台或者屏幕上的图像出现偏色问题。[0010] 本发明解决所述技术问题还可以通过采用以下技术方案来实现[0011] 设计、制造一种改善颜色均匀性的LED舞台灯光照明设备，包括分别发出红光、绿光、蓝光的三个LED阵列、分别正对各LED阵列的透镜阵列、分光合色装置和透镜；所述各LED阵列发出的光分别通过各自正对的透镜阵列射入分光合色装置进行混光，而后通过所述透镜射出舞台照明光；尤其是，包括置于所述合光装置和聚焦透镜之间的一复眼透镜对，该复眼透镜对包括两个相对的复眼透镜，每一复眼透镜均由紧密联结在一起的且镜面曲率相同的复数个透镜单元构成；沿光路方向，后一复眼透镜位于前一复眼透镜的焦点处。[0012] 为了提高LED光源的利用率，各所述透镜单元的纵向截面呈正六边形或者正方形，各透镜单元无缝联结在一起；或者，各所述透镜单元的纵向截面呈圆形，各透镜单元边缘相切地紧密联结在一起。所述复眼透镜用玻璃制成，或者用塑胶制造并经过开膜工艺处理而成。所述复眼透镜对是一体成型的。 所述分光合色装置是X型分光合色装置，或者是分光合色棱镜；该X型分光合色装置包括两个垂直交叉设置的分光合色滤光片，以及由该两分光合色滤光片交叉形成的三个光入射口和一个光出射口 ；所述分光合色滤光片是二向色片，或者是镀有分光滤光膜的透光片。 所述分光合色装置还可以是如下方案，包括两片平行的分光合色滤光片；所述分光合色滤光片包括分别从该分光合色滤光片两个侧面入射的第一入射口和第二入射口 ，以及与该分光合色滤光片反射面侧向相对的出射口。沿光束方向，第一片分光合色滤光片的出射口正对第二片分光合色滤光片的第一入射口 ，从而，来自所述三个LED阵列的光分别射入该第一片分光合色滤光片的两入射口和第二片分光合色滤光片的第二入射口，合成的光由所述第二片分光合色滤光片的出射口射出。所述分光合色滤光片是二向色片，或者是镀有分光滤光膜的透光片。 所述LED舞台灯光照明设备还包括带有设置在所述透镜出射光路上的图案片的图案盘。 同现有技术相比较，本实用新型"提高混光效果的LED舞台灯光照明设备"的技术效果在于 所述复眼透镜对合色分光装置初步混合成的光进行切割积分，从而提高该混合光的均匀性，令投射在舞台或者屏幕上的图像的白场亮度和颜色均匀性都有提高，解决了现有技术LED舞台灯光照明设备的偏色问题；而且，在解决LED舞台灯光照明设备偏色问题同时，考虑到照明光斑与圆形图案相匹配，所述复眼透镜对的各透镜单元的纵向截面采用正六边形设计，使光学效率达到最优。
图1是本实用新型第一实施例的光路示意图； 图2是所述第一实施例的复眼透镜300的光路原理示意图； 图3是所述第一实施例的图案盘500的正投影示意图； 图4是所述第一实施例的复眼透镜300的正投影示意图； 图5是图4复眼透镜实施例纵向截面的局部示意图； 图6是图4复眼透镜实施例的光能量损耗示意图； 图7是所述第一实施例所获得的投射光斑； 图8是图7所示光斑的照度测试曲线；[0026] 图9是本发明复眼透镜300第二实施例的正投影示意图； 图10是图9复眼透镜实施例纵向截面的局部示意图； 图11是本发明复眼透镜300第三实施例的局部正投影示意图； 图12是图11复眼透镜的光能量损耗示意图； 图13是本实用新型设备第二实施例的光路示意图。
具体实施方式
以下结合附图所示各实施例作进一步详述。 本实用新型涉及一种改善颜色均匀性的LED舞台灯光照明设备，如图1所示，包括分别发出红光、绿光、蓝光的三个LED阵列110、分别正对各LED阵列的透镜阵列120、分光合色装置200和聚焦透镜400。所述LED阵列110是由按阵列均匀排布的LED芯片111组成，从而形成阵列光源。所述透镜阵列由分别正对各LED芯片111的透镜121组成。所述各LED阵列IIO发出的光分别通过各自正对的透镜阵列120射入分光合色装置200进行混光，而后通过所述聚焦透镜400射出舞台照明光。尤其是，所述LED舞台灯光照明设备还包括置于所述分光合色装置200和聚焦透镜400之间的一复眼透镜对300，该复眼透镜对300包括两个相对的复眼透镜，每一复眼透镜均由紧密联结在一起的且镜面曲率相同的复数个透镜单元310构成；沿光路方向，后一复眼透镜位于前一复眼透镜的焦点处。[0033] 为了使投射在舞台上的光斑具有图案效果，所述LED舞台灯光照明设备还包括带有图案片的图案盘500，所述图案片设置在所述聚焦透镜400的出射光路上。[0034] 本发明各实施例，所述LED阵列110的LED芯片111是方形光源，发光角度为180° 。所述透镜阵列120将各LED芯片111发出的光准直成近平行光束。所述分光合色装置200用于将红色、绿色和蓝色三种单色光初步混合并射出该经过混合的平行光。在分光合色装置200与聚焦透镜400之间的光路上，沿光路方向，位于前方的复眼透镜300是将合色分光装置200中射出的混合平行光聚焦在位于后方的复眼透镜300的表面上。位于前方的复眼透镜300的各透镜单元310对入射面积上的光强度进行切割积分，该位于前方的复眼透镜300的各透镜单元310经过位于后方的复眼透镜300和聚焦透镜400成像在图案盘500上，每个透镜单元310在图案盘500上进行强度积分，即位于前方的复眼透镜300的各透镜单元310前表面都成像在图案盘500处，这样就在图案盘500得到很好的亮度均匀性和颜色均匀性。图7和图8是经实验测得的应用本发明投射出的光斑及其光学特性，可见，该光斑的光学特性(照度)很均匀。因此，本发明解决了现有技术LED舞台灯光照明设备的偏色问题，改善了颜色的均匀性。 所述透镜单元310在竖直放置时的纵向截面的形状应当与图案盘500的形状相匹配以取得较高的光学利用率。在舞台灯光照明时，通常都需要在舞台投射圆形光斑，因此在本发明第一实施例及其它各实施例中，如图3所示，所述图案盘500上的图案片较常采用的是圆形。此时，所述复眼透镜300的各透镜单元310的形状和排布关系就是造成光能量损耗的主要因素。从复眼透镜300方面考虑提高光学利用率，就需要各透镜单元310无缝联结，一般只有纵向中心截面是正多边形时，才能做到透镜单元310的无缝联结。但是，这种复眼透镜300形成的正多边形光斑投射在圆形图案片，必然会有部分光线不能投射在圆形图案片上，从而造成光能量损失。从图案盘500方面考虑提高光学利用率，就需要投射光斑的形状是圆形，那么各透镜单元310的纵向截面以圆形为佳。但是，这种纵向截面是圆形的透镜单元310无法实现无缝联结，只能相切联结，此时，不是所有的光线都能经过各透镜单元310，从而导致光能量损耗。本发明复眼透镜第一实施例，如图4和图5所示，所述透镜单元310竖立放置时的纵向截面呈正六边形，各透镜单元310紧密得无缝联结在一起。图6中阴影部分610就是投射在图案片上的光斑面积最大时的光能量的损耗部分。本发明复眼透镜第二实施例，如图9和图10所示，所述透镜单元310竖立放置时的纵向截面呈圆形，各透镜单元310互相紧靠且边缘相切地联结在一起。此时，投射的光斑虽然可以布满整个图案片，但通过图10中阴影部分620的光线不能投射在图案片上，因此，该阴影部分620就是所述第二实施例的光能量损耗部分。本发明复眼透镜第三实施例，如图ll所示，所述透镜单元310竖立放置时的纵向截面呈正方形，各透镜单元310紧密得无缝联结在一起。图12中的阴影部分630就是投射在图案片上的光斑面积最大时的光能量的损耗部分。分析图6、图10和图12可以确定，对于相同面积的圆形图案片，第一实施例至第三实施例各自的光能量损耗逐步增加。 所述复眼透镜300用玻璃制成，或者用塑胶制造并经过开膜工艺处理而成。考虑到成本及装配方便，该复眼透镜对300最好为一体成型的，这样对着光路的两面将呈波浪形凸出状。 所述合色分光装置200可以有如下两种实现方案 如图1所示，所述分光合色装置200是X型分光合色装置210，或者是分光合色棱镜；该X型分光合色装置210包括两个垂直交叉设置的分光合色滤光片230，以及由该两分光合色滤光片230交叉形成的三个光入射口 212和一个光出射口 213 ;所述分光合色滤光片230是二向色片，或者是镀有分光滤光膜的透光片。 如图13所示，本发明设备第二实施例，所述分光合色装置200包括两片平行的分光合色滤光片230 ;所述分光合色滤光片230包括分别从该分光合色滤光片230两个侧面入射的第一入射口 231和第二入射口 232，以及与该分光合色滤光片230反射面侧向相对的出射口 233 ;沿光束方向，第一片分光合色滤光片230的出射口 233正对第二片分光合色滤光片230的第一入射口 231，从而，来自所述三个LED阵列110的光分别射入该第一片分光合色滤光片230的两入射口 231、232和第二片分光合色滤光片230的第二入射口 232，合成的光由所述第二片分光合色滤光片230的出射口 233射出；所述分光合色滤光片230是二向色片，或者是镀有分光滤光膜的透光片。
权利要求一种改善颜色均匀性的LED舞台灯光照明设备，包括分别发出红光、绿光、蓝光的三个LED阵列(110)、分别正对各LED阵列的透镜阵列(120)、分光合色装置(200)和聚焦透镜(400)；所述各LED阵列(110)发出的光分别通过各自正对的透镜阵列(120)射入分光合色装置(200)进行混光，而后通过所述聚焦透镜(400)射出舞台照明光；其特征在于还包括置于所述分光合色装置(200)和聚焦透镜(400)之间的一复眼透镜对(300)，该复眼透镜对(300)包括两个相对的复眼透镜，每一复眼透镜均由紧密联结在一起的且镜面曲率相同的复数个透镜单元(310)构成；沿光路方向，后一复眼透镜位于前一复眼透镜的焦点处。
2. 根据权利要求1所述改善颜色均匀性的LED舞台灯光照明设备，其特征在于各所述透镜单元(310)的纵向截面或者呈正六边形，或者呈正方形；各透镜单元(310)无缝联结在一起。
3. 根据权利要求1所述改善颜色均匀性的LED舞台灯光照明设备，其特征在于各所述透镜单元(310)的纵向截面呈圆形，各透镜单元(310)边缘相切地紧密联结在一起。
4. 根据权利要求1所述改善颜色均匀性的LED舞台灯光照明设备，其特征在于所述分光合色装置(200)是X型分光合色装置(210)，或者是分光合色棱镜；该X型分光合色装置(210)包括两个垂直交叉设置的分光合色滤光片(230)，以及由该两分光合色滤光片(230)交叉形成的三个光入射口 (212)和一个光出射口 (213)。
5. 根据权利要求1所述改善颜色均匀性的LED舞台灯光照明设备，其特征在于所述分光合色装置(200)包括两片平行的分光合色滤光片(230);所述分光合色滤光片(230)包括分别从该分光合色滤光片(230)两个侧面入射的第一入射口 (231)和第二入射口 (232)，以及与该分光合色滤光片(230)反射面侧向相对的出射口 (233);沿光束方向，第一片分光合色滤光片(230)的出射口 (233)正对第二片分光合色滤光片(230)的第一入射口 (231)，从而，来自所述三个LED阵列(110)的光分别射入该第一片分光合色滤光片(230)的两入射口 (231、232)和第二片分光合色滤光片(230)的第二入射口 (232)，合成的光由所述第二片分光合色滤光片(230)的出射口 (233)射出。
6. 根据权利要求4或5所述改善颜色均匀性的LED舞台灯光照明设备，其特征在于所述分光合色滤光片(230)是二向色片，或者是镀有分光滤光膜的透光片。
7. 根据权利要求1所述改善颜色均匀性的LED舞台灯光照明设备，其特征在于还包括带有图案片的图案盘(500)，所述图案片设置在所述聚焦透镜(400)的出射光路上。
8. 根据权利要求1所述改善颜色均匀性的LED舞台灯光照明设备，其特征在于所述复眼透镜对(300)是一体成型的。
专利摘要一种改善颜色均匀性的LED舞台灯光照明设备，包括分别发出红光、绿光、蓝光的三个LED阵列、分别正对各LED阵列的透镜阵列、分光合色装置和聚焦透镜；尤其是，还包括置于所述分光合色装置和聚焦透镜之间的一复眼透镜对，该复眼透镜对包括两个相对的复眼透镜，每一复眼透镜均由紧密联结在一起的且镜面曲率相同的复数个透镜单元构成；沿光路方向，后一复眼透镜位于前一复眼透镜的焦点处。所述复眼透镜对合色分光装置初步混合成的光进行切割积分，从而提高该混合光的均匀性，令投射图像的白场亮度和颜色均匀性都有提高，解决了现有技术LED舞台灯光照明设备的偏色问题。
文档编号F21V9/00GK201487708SQ200920134369
公开日2010年5月26日 申请日期2009年7月31日 优先权日2009年7月31日
发明者张权, 李屹 申请人:深圳市光峰光电技术有限公司