专利名称：高效舞台灯光照明装置的制作方法
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，具体来说， 尤其涉及主要用于舞台灯光照明的照明系统及其电路元件设置。
背景技术：
LED (发光二极管)光源为绿色无污染的干净节能光源，其可达到的光 通量设计指标在逐年提升。目前LED光源主要应用于一些小功率、低端的换色灯产品上。大功率舞台灯光光源主要采用金卤放电泡。金卤放电泡为白色光源，使用寿命较 低，一般为几百小时到数千小时不等。因金卤放电泡的发光谱为白色连续光谱，舞台灯光所 需的不同色彩只能靠彩色滤光片来滤光实现，使得灯光投射出的图案具有较低的色彩饱和 度，色彩既不鲜艳，也不丰富。若舞台灯光采用LED光源，则可以省掉所述彩色滤光片，并通过调节不同基色LED 的电流来改变光源的颜色，从而利用单色LED较高的色彩饱和度，可使舞台灯光色彩的表 现自由度大为提高。但目前LED发热量大，发光效率还不够高，且单个LED芯片不能承受高 功率，因此大功率舞台灯光的高光通量往往要靠LED阵列来实现。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。上述现有技术的不足之处在于现有LED阵列通常将LED芯片排布成正方形，LED 芯片数目越大，则光源整体光通量越大，但整个系统的效率提高不与所述光通量的增大成 正比。原因在于，所述舞台灯光照明系统往往使用聚焦透镜来把来自各LED芯片的光聚焦 到图案盘或其它光学装置上；在所述LED矩阵四角处的LED芯片往往会增加系统的光线角 度，从而对一个投影镜头FNO(FN0 =焦距/入射孔径或有効口径)受限的系统来说，该四角 处的LED对系统亮度贡献不大甚至没有。此外，所述LED阵列上同时存在不同色的LED，这 些不同色LED处于不同的位置，使系统作颜色切换时不可避免存在位置变换所带来的若干 问题；及存在混色效果不佳的问题。实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足之处， 而提出一种舞台灯光照明装置，使装置系统的光学效率得以优化。作为解决本实用新型技术问题而提出来的技术方案是，提供一种高效舞台灯光照 明装置，包括封装在散热基板上的LED阵列，尤其是，还包括与所述LED阵列相对应的包括 复数个透镜的透镜阵列，每一所述透镜对准一 LED以将该LED的输出光准直成近平行光；还 包括一聚焦透镜，由所述透镜阵列输出的近平行光汇聚成的光束通过该聚焦透镜聚焦到该 高效舞台灯光照明装置的光出口端；所述LED阵列包括复数个LED芯片，这些LED芯片按行 和列规则排布成圆形或近圆形。上述方案中，舞台灯光照明装置包括两个所述LED阵列及两个所述透镜阵列，还 包括一个合色滤光片；该合色滤光片分别通过透射和反射的方式将来自该两个透镜阵列的 两束近平行光束汇聚成一束，投射往所述聚焦透镜。所述合色滤光片或者为二向色片，或者 为镀有分光滤光膜的玻璃片。上述方案中，舞台灯光照明装置包括三个所述LED阵列及三个所述透镜阵列，还包括一个分光合色装置；该分光合色装置通过透射或反射的方式将来自三个透镜阵列的三 束近平行光束汇聚成一束，投射往所述聚焦透镜。上述方案中，每一所述LED阵列上的各LED芯片均为一同色LED。在所述高效舞台 灯光照明装置的光出口端安置图案盘。采用上述各技术方案，将LED芯片阵列方形排布改为近圆形或圆形，既减少了 LED 芯片数量，又几乎不减少整个光学系统的光通量；同时利用分光合色装置来实现颜色的均 勻混合。兼具有降成本和节能的优势。
图1示意了使用本实用新型舞台灯光照明装置的系统结构；图2示意现有技术中LED阵列的LED芯片分布；图3示意本实用新型对图2的改进实施例之一；图4示意了本实用新型对图2的改进实施例之二 ；图5示意了图1中分光合色装置的替换实施例；其中，各附图标记为1——LED芯片/芯片阵列，2——透镜阵列，3——分光合色 器/分光合色装置，4——聚焦透镜，5——图案盘，6——投影镜头，7——屏幕。
具体实施方式
下面，结合附图所示之最佳实施例进一步阐述本实用新型。本实用新型舞台灯光照明装置如图1所示，包括安置在该照明装置的光出口端并 用来承载特定图案的图案盘5，以及封装在散热基板上的LED阵列1。该LEDl阵列包括复 数个LED芯片，所述LED芯片发光角度一般为180度。与所述LED阵列1相对应的透镜阵 列2包括了复数个透镜，每一所述透镜对准一 LED芯片以将该LED芯片的输出光准直成近 平行光。为了提高系统光输出功率及均勻混光，本实施例中装置包括三个LED阵列1及三 个透镜阵列2，以及一个以X型合色滤光装置为代表的分光合色装置3。该X型合色滤光装 置3的三个光入口端分别对准一个透镜阵列2，通过透射或反射的方式将来自三个透镜阵 列的三束近平行光束汇聚成一束。这样，本实用新型照明装置具有较为紧凑的结构，实现了 对混光的无缝拼接。所述X型合色滤光装置3可以是分光合色棱镜，也可以是由两片分光 合色片(例如但不限于二向色片)垂直交叉构成的分光合色片组。因该X型合色滤光装置 属于现有技术，不在此赘述。本实用新型装置还包括聚焦透镜4，将由所述近平行光或近平行光束汇聚成的光 束聚焦到所述图案盘5或其它光学装置上。在具体应用中，从图案盘后出射光将再经过投 影镜头6来放大到屏幕7上。现有LED阵列中LED芯片排布一般如图2所示，以6X6矩阵为例。本实用新型将 该排布改为如图3或图4所示的圆形或近圆形。经聚焦透镜4投射到圆形图案盘5上的光 的角度分布和LED阵列有很大的关系。以图2所示的阵列为例，相应的图案盘5上的光二维 统计分布为方形，其中有一小部分光的角度在15度以外，统计发现，这部分的光主要来自 于LED阵列1边角处的LED芯片。这样，对于体积或投影镜头FNO受限(例如FNO为1. 8) 的系统来说，该部分LED芯片的发光将大部分被损失掉。而若减小镜头的FN0，使其接受更 大角度的光线，无疑会增加镜头的体积和成本。当将LED阵列中的LED芯片排布改为如图3 或图4时，图案盘5上的光二维角度统计分布为圆形，基本分布在15度以内。无疑该改进 一方面减少了 LED芯片的数量，另一方面基本无损于系统的可用光，从而提高了系统对LED阵列的光利用效率。本实用新型舞台灯光照明系统在光输出功率及颜色设计满足要求的前提下，可以 将图1所示的系统简化为采用两个所述LED阵列、两个透镜阵列及一个用作为分光合色装 置的合色滤光片，该合色滤光片分别通过透射和反射的方式将来自该两个透镜阵列的两束 近平行光束汇聚成一束，投射往所述聚焦透镜。所述合色滤光片可以是二向色片，还可以是 镀有分光滤光膜的透光片，例如但 不限于玻璃片。在系统体积容许的条件下，图1中所示的X型合色滤光装置还可以被两片二向色 片或镀有分光滤光膜的玻璃片所替换。如图5所示，先用其中一片二向色片或镀有分光滤 光膜的玻璃片来汇聚所述三束近平行光束中的两束，再与另一 束通过另一片二向色片或镀 有分光滤光膜的玻璃片来汇聚成一束。
权利要求一种高效舞台灯光照明装置，包括封装在散热基板上的LED阵列，其特征在于还包括与所述LED阵列相对应的包括复数个透镜的透镜阵列，每一所述透镜对准一LED以将该LED的输出光准直成近平行光；还包括一聚焦透镜，由所述透镜阵列输出的近平行光汇聚成的光束通过该聚焦透镜聚焦到该高效舞台灯光照明装置的光出口端；所述LED阵列包括复数个LED芯片，这些LED芯片按行和列规则排布成圆形或近圆形。
2.根据权利要求1所述的高效舞台灯光照明装置，其特征在于该舞台灯光照明装置包括两个所述LED阵列及两个所述透镜阵列，还包括一个合色滤 光片；该合色滤光片分别通过透射和反射的方式将来自该两个透镜阵列的两束近平行光束 汇聚成一束，投射往所述聚焦透镜。
3.根据权利要求2所述的高效舞台灯光照明装置，其特征在于 所述合色滤光片或者为二向色片，或者为镀有分光滤光膜的玻璃片。
4.根据权利要求1所述的高效舞台灯光照明装置，其特征在于该舞台灯光照明装置包括三个所述LED阵列及三个所述透镜阵列，还包括一个分光合 色装置；该分光合色装置通过透射或反射的方式将来自三个透镜阵列的三束近平行光束汇 聚成一束，投射往所述聚焦透镜。
5.根据权利要求4所述的高效舞台灯光照明装置，其特征在于所述分光合色装置为一个X型合色滤光装置，该X型合色滤光装置的三个光入口端分 别对准一个对应的所述透镜阵列。
6.根据权利要求5所述的高效舞台灯光照明装置，其特征在于所述X型合色滤光装置或者是分光合色棱镜，或者是由两片分光合色片垂直交叉构成 的分光合色片组。
7.根据权利要求4所述的高效舞台灯光照明装置，其特征在于所述分光合色装置包括两片二向色片或镀有分光滤光膜的玻璃片，先用其中一片二向 色片或镀有分光滤光膜的玻璃片来汇聚所述三束近平行光束中的两束，再与另一束通过另 一片二向色片或镀有分光滤光膜的玻璃片来汇聚成一束。
8.根据权利要求1、2或4所述的高效舞台灯光照明装置，其特征在于 每一所述LED阵列上的各LED芯片均为一同色LED。
9.根据权利要求1所述的高效舞台灯光照明装置，其特征在于 还包括设置在所述光出口端的图案盘。
专利摘要一种高效舞台灯光照明装置，包括LED阵列；尤其还包括一与所述LED阵列相对应的包括复数个透镜的透镜阵列，以将LED芯片的输出光准直成近平行光；一聚焦透镜，将所述近平行光汇聚成的光束聚焦到位于光出口端的图案盘上；一LED阵列，包括封装在散热基板上的复数个LED芯片，这些LED芯片按行和列规则排布成圆形或近圆形。本实用新型还可包括一个分光合色装置，把来自两个或两个以上LED阵列的不同色光汇聚成一束。采用本实用新型，减了LED芯片数量，同时无损于整个光学系统的光通量。
文档编号F21W131/406GK201568763SQ20092013235
公开日2010年9月1日 申请日期2009年6月5日 优先权日2009年6月5日
发明者张权, 李屹, 胡新兵, 高志军 申请人:深圳市光峰光电技术有限公司