用于自动灯具的协调效果系统的制作方法

本申请是由paveljurik等人于2017年4月1日提交的题为“improvedcoordinatedeffectssystemforanautomatedluminaire(用于自动灯具的改进的协调效果系统)”的美国专利申请no.15/516,399的部分继续申请，该美国专利申请作为由paveljurik等人于2015年10月1日提交的题为“improvedcoordinatedeffectssystemforanautomatedluminaire(用于自动灯具的改进的协调效果系统)”的国际专利申请no.pct/us2015/053566的美国国家阶段，该国际专利申请要求由paveljurik等人于2014年10月1日提交的题为“systemandmethodforcontrollingthemovementofledsinaluminaire(用于控制灯具中led运动的系统及方法)”的美国临时申请no.62/058,562的优先权。本申请还要求由paveljurik等人于2017年9月1日提交的题为“coordinatedeffectssystemforanautomatedluminaire(用于自动灯具的协调效果系统)”的美国临时申请no.62/553,565的优先权，所有这些都通过参引并入本文，如同将其内容全文复制在此一样。

本公开总体上涉及自动灯具中的效果系统，并且更具体地涉及用于协调自动灯具内的多种效果的系统。

背景技术：

具有自动和远程可控功能的灯具在娱乐和建筑照明市场中是众所周知的。这类产品通常用于剧院、电视演播室、音乐会、主题公园、夜总会和其他场所。典型的产品通常将提供对灯具的摇摄功能和倾斜功能的控制，从而允许操作者控制灯具所指向的方向并且因此控制光束在舞台上或工作室中的位置。通常，该位置控制是通过对灯具在通常称为摇摄和倾斜的两个正交旋转轴上的位置进行控制来完成的。许多产品提供对其他参数——比如强度、颜色、焦点、光束尺寸、光束形状和光束图案——的控制。图1示出了典型的多参数自动灯具系统10。这些系统通常包括多个多参数自动灯具12，所述多个多参数自动灯具12通常各自包含车载式光源(未示出)、光调制装置、耦合到机械驱动系统的电动马达、以及控制电子设备(未示出)。除了直接或通过配电系统(未示出)连接至主电源之外，每个灯具12通过数据链路14以串联或并联的方式连接至一个或更多个控制台15。操作员通常通过控制台15来控制自动灯具系统10。

在现有技术的自动灯具中通常使用的光学效果通常被称为棱镜。这通常是放置在光学组中的某一点处的玻璃或塑料装置，使得玻璃或塑料装置将由光束颜色、尺寸、形状和图案光学系统所产生的单个图像转换成多个光束用于显示。例如，线性棱镜可以将单个光束转换成相同光束的线性阵列。图2和图3示出了由现有技术的棱镜光学系统产生的效果的示意图。在图2中，由光束颜色、尺寸、形状和图案光学系统所产生的单个图像20穿过棱镜21a，从而导致图像20的多个副本作为输出图像22a。棱镜21a可以如由弧23所指示的那样旋转，从而产生输出图像阵列中的如由弧24所指示的那样的对应旋转。图3示出了相同的光学系统和棱镜21a，但是其中棱镜21a旋转至新的位置，从而导致输出图像22b的对应旋转。这里为清楚起见，将图像20示出为简单的圆形图像，然而图像20可以是如由自动照明装置所产生的任何图像，复杂图像或简单图像，特别地图像20可以具有由光学组中的图案片或遮光片所限定的形状。

在进一步的现有技术的系统中，棱镜可以呈不同的形状，并且可以能够自动地插入光束中或从光束中移除。还可以选择产生不同效果的不同棱镜用以插入光束中。然而，现有技术的系统仅能够一次引入单个棱镜。

提供一种用于自动灯具的系统将是有利的，该系统能够同时将多个棱镜引入光学效果组中，使得这些效果联系起来。能够选择性地和协作地协调多个棱镜的插入、位置和旋转以产生新的动态照明效果将是更有利的。

技术实现要素：

在第一实施方式中，一种协调效果系统包括第一棱镜系统和第二棱镜系统。第一棱镜系统包括第一多个棱镜并且被构造成将其棱镜中的选择的棱镜定位在穿过第一棱镜系统的光束中或者将其所有的棱镜从穿过第一棱镜系统的光束中移除。第一棱镜系统还被构造成使其棱镜中的至少一个棱镜旋转。第二棱镜系统包括第二多个棱镜并且被构造成将其棱镜中的选择的棱镜定位在穿过第一棱镜系统的光束中或者将其所有棱镜从穿过第一棱镜系统的光束中移除。第二棱镜系统还被构造成使其棱镜中的至少一个棱镜旋转。

在第二实施方式中，自动灯具包括光源、耦合到光源的光学装置、光学耦合到光学装置的第一棱镜系统、光学耦合到第一棱镜系统的第二棱镜系统、以及控制系统。光源被构造成发射光束。光学装置被构造成在光束中产生第一图像。第一棱镜系统包括第一多个棱镜并且被构造成将其棱镜中的选择的棱镜定位在光束中或者将其所有的棱镜从光束中移除。第一棱镜系统还被构造成使其棱镜中的所选择的棱镜旋转以从图像产生修改的图像。第二棱镜系统包括第二多个棱镜并且被构造成将其棱镜中的选择的棱镜定位在光束中或者将其所有棱镜从光束中移除。第二棱镜系统被构造成使其棱镜中的所选择的棱镜旋转以从修改的图像产生输出图像。控制系统被构造成控制第一棱镜系统和第二棱镜系统。

附图说明

为了更完整地理解本公开及其优点，现在参照结合附图的以下描述，在附图中，相同的附图标记表示相同的特征，并且在附图中：

图1示出了典型的现有技术的自动照明系统；

图2示出了现有技术的棱镜效果系统；

图3示出了现有技术的棱镜效果系统；

图4示出了具有根据本公开的第一协调效果系统的光学系统，该第一协调效果系统处于第一构型；

图5示出了图4的第一协调效果系统处于第二构型；

图6示出了图4的第一协调效果系统处于第三构型；

图7示出了图4的第一协调效果系统处于第四构型；

图8示出了图4的第一协调效果系统处于第二构型，该第一协调效果系统具有替代性第二棱镜；

图9示出了根据本公开的自动灯具，该自动灯具配装有图4的第一协调效果系统；

图10示出了图4的第一协调效果系统在第四构型中的效果，其中，第一协调效果系统的棱镜相对于彼此处于第一位置；

图11示出了图4的第一协调效果系统在第四构型中的效果，其中，第一协调效果系统的棱镜相对于彼此处于第二位置；

图12示出了包括根据本公开的第二协调效果系统的光学系统，该第二协调效果系统处于第一构型；

图13呈现了图12的第二协调效果系统在第二构型中的简化视图；

图14呈现了图12的第二协调效果系统在第一构型中的简化视图；以及

图15呈现了根据本公开的用于自动灯具的控制系统的框图。

具体实施方式

在附图中示出了优选实施方式，相同的附图标记用于表示各个附图的相同和相应的部分。

本文公开了协调效果系统和自动灯具。自动灯具包括光源、光学装置、第一棱镜系统、第二棱镜系统和控制系统。光源被构造成发射光束。光学装置被构造成在光束中产生第一图像。第一棱镜系统和第二棱镜系统包括对应的第一多个棱镜和第二多个棱镜，并且第一棱镜系统和第二棱镜系统被构造成将其相应的棱镜中的选择棱镜定位在光束中或者从光束中移除所有这些棱镜。第一棱镜系统被构造成使其棱镜中的所选择的棱镜旋转以从图像产生修改的图像。第二棱镜系统被构造成使其棱镜中的所选择的棱镜旋转以从修改的图像产生输出图像。控制系统用于控制第一棱镜系统和第二棱镜系统。

图4示出了具有根据本公开的第一协调效果系统400的光学系统，该第一协调效果系统400处于第一构型。光源32产生光束，该光束的光轴由虚线36示出。光束可以在从灯具发射之前穿过遮光板轮34以及光学棱镜37和38。为清楚起见，这里示出的光学系统被大大简化，并且在实践中，自动灯具可以包括另外的光学装置，所述另外的光学装置包括但不限于色轮、混色机构、旋转遮光板、效果轮、光圈、框架快门机构、以及其他如本领域中已知的光学装置。

第一协调效果系统400包括第一棱镜系统40。第一棱镜系统40包括以可旋转的方式安装至第一棱镜臂41的第一棱镜42。马达44构造成通过带46使第一棱镜42在第一棱镜臂41内旋转。马达43构造成通过齿轮45使第一棱镜臂41旋转，以将第一棱镜42插入光束中或者将第一棱镜42从光束中移除。马达43和马达44可以以协调的方式操作，使得第一棱镜42插入光束中或从光束中移除并且使第一棱镜42根据操作者的需要而在光束内旋转。马达43和马达44可以是选自但不限于步进马达、伺服马达、致动器、螺线管、以及其他如本领域中已知的马达类型的类型。在图4中示出的构型中，第一棱镜42位于光束的外部并且对从灯具发射的光束没有影响。

第一协调效果系统400还包括第二棱镜系统50。第二棱镜系统50包括以可旋转的方式安装至第二棱镜臂51的第二棱镜52。马达54构造成使第二棱镜52在第二棱镜臂51内旋转。马达53构造成使第二棱镜臂51旋转，以将第二棱镜52插入光束中或从光束中移除。马达53和马达54可以以协调的方式操作，使得第二棱镜52插入光束中或从光束中移除并且使第二棱镜52根据操作者的需要而在光束内旋转。马达53和马达54可以是选自但不限于步进马达、伺服马达、致动器、螺线管和其他本领域中已知的马达类型的类型。在图4中示出的构型中，第二棱镜52位于光束的外部并且对从灯具发射的光束没有影响。

第一棱镜系统40和第二棱镜系统50中的任一者或两者可以包括传感器，使得自动灯具的控制系统知道并且能够控制第一棱镜42和第二棱镜52的取向和/或旋转。例如，如图4所示，第二棱镜52在其周边配装有磁体57，该磁体57与第二棱镜52一起旋转。第二棱镜系统50中的对应的一个传感器或多个传感器(未示出)比如霍尔效应传感器可以检测磁体57的位置，并且因此在检测到磁体57的时刻感测第二棱镜52的旋转位置。类似地，第一棱镜系统40可以配装有磁体和一个传感器或多个传感器，使得第一棱镜42的旋转位置是已知的并且被传送至自动灯具100的控制系统。传感器系统不限于磁体和霍尔效应传感器，并且任何感测系统可以用在根据本公开的其他协调效果系统中，所述任何感测系统包括但不限于磁性传感器、光学传感器和开关传感器。

图5示出了处于第二构型的第一协调效果系统400。在图5中，马达43已经从图4中示出的构型操作以使第一棱镜臂41旋转，并且因此第一棱镜42已插入光束中。第二棱镜52保持在光束之外。在该构型中，仅第一棱镜42将在光束中产生效果。第一棱镜42可以通过马达44而在光束中旋转，从而产生与图2和图3中示出的效果类似的效果。

图6示出了处于第三构型的第一协调效果系统400。在图6中，马达53已从图4中示出的构型操作以使第二棱镜臂51旋转，并且因此第二棱镜52已插入光束中。第一棱镜42保持在光束之外。在该构型中，仅第二棱镜52将在光束中产生效果。第二棱镜52可以通过马达54在光束内旋转，从而产生与图2和图3中示出的效果类似的效果。

图7示出了处于第四构型的第一协调效果系统400。在图7中，马达43已从图4中示出的构型操作以使第一棱镜臂41旋转，并且因此第一棱镜42已穿过光束插入。此外，马达53还操作成使第二棱镜臂51旋转，并且因此第二棱镜52已插入光束中。在该位置中，第一棱镜42和第二棱镜52两者都将在光束中产生效果。第一棱镜42和第二棱镜52可以分别通过马达44和马达54而在光束中旋转。第二棱镜52在光束已穿过第一棱镜42并受第一棱镜42影响之后接收光束。因此，第一棱镜42产生的效果随后被第二棱镜52进一步修改。

图8示出了具有替代性第二棱镜58且处于第二构型的第一协调效果系统400。类似地，第一棱镜42可以用替代性棱镜设计代替。

图9示出了根据本公开的自动灯具100，该自动灯具100配装有第一棱镜系统40和第二棱镜系统50。

图10和图11示出了第一协调效果系统400在第四构型中的效果。

图10示出了第一协调效果系统400的效果，其中，第一棱镜42和第二棱镜52相对于彼此处于第一位置。由自动灯具100的光束颜色、尺寸、形状和图案光学系统所产生的单个图像60穿过第一棱镜42和第二棱镜52，从而导致图像60的多个副本作为输出图像63a。这里为清楚起见，将图像60示出为简单的圆形图像，然而图像60可以是如由自动灯具产生的任何复杂图像，特别地图像60可以具有由光学组中的图案片或遮光片所限定的形状。

由于第一棱镜42和第二棱镜52都是线性棱镜并且以平行方式对准，因此由此得到的输出图像63a也是线性对准的。然而，第一棱镜42和第二棱镜52两者都可以独立地分别如弧64和弧65所示的那样旋转，从而引起输出图像63a中的图案和旋转的变化(如弧66所示)。例如，如果第一棱镜42和第二棱镜52以相同的速度沿相同的方向旋转，从而保持第一棱镜42与第二棱镜52的旋转对准，则输出图像63a将保持其形状并旋转。

图11示出了第一协调效果系统400在第四构型中的效果，其中，第一协调效果系统400的第一棱镜42和第二棱镜52处于相对于彼此的第二位置。第一棱镜42保持处于与图10相同的位置，然而，第二棱镜52已旋转90°到达了与图10中的位置正交的新位置。在该构型中，第一棱镜42的线性效果仍然形成图像60的单个线性阵列，然而，第二棱镜52现在沿正交方向作用于该第一线性阵列，从而产生输出图像63b，该输出图像63b是由第一棱镜42产生的线性阵列的矩阵阵列。如参照图10所描述的那样，如果第一棱镜42和第二棱镜52以相同的速度沿相同的方向旋转，从而保持第一棱镜42与第二棱镜52的旋转对准，则输出图像63b将在保持其形状的同时旋转。

第一棱镜42与第二棱镜52之间的中间角度直至图10和图11中示出的角度将产生介于输出图像63a与输出图像63b之间的输出图像，该输出图像随着第一棱镜42与第一棱镜42之间的角度的改变而平滑地改变形状和构型。如果角度缓慢地改变，则输出图像的变化也会缓慢地改变。类似地，如果角度快速地改变，则输出图像的变化也会快速地改变。

第一棱镜42和第二棱镜52可以以协调的方式同时旋转，使得第一棱镜42与第二棱镜52之间的角度保持恒定。例如，两个棱镜可以以相同的速度沿相同的方向旋转，从而保持两个棱镜之间的角度差。这导致输出图像保持静态并以与棱镜相同的速率旋转。在一些实施方式中，这样的旋转可以在没有从配装至第一棱镜42和第二棱镜52的传感器接收到信息的情况下执行。在其他实施方式中，配装至第一棱镜42和第二棱镜52的传感器使自动灯具100的控制系统能够在棱镜的旋转和定位时保持改进的协调。第一棱镜42和第二棱镜52可以以不同的速度和/或沿不同的方向以协调的方式同时旋转，从而产生改变和/或旋转的输出图像。第一棱镜42和第二棱镜52中的任一者或两者可以旋转而另一者保持静止(即，旋转速度为零)。可以通过传感器精确地控制速度以及旋转方向和旋转位置，以在输出图像中产生精确且可重复的协调效果。

图12示出了包括根据本公开的第二协调效果系统1200的光学系统，该第二协调效果系统1200处于第一构型。光源132产生光束，该光束的光轴由虚线136示出。光束在从灯具发射之前穿过遮光板轮134以及光学棱镜137a、137b和138。为清楚起见，这里示出的光学系统被大大简化，并且在实践中，自动灯具可以包括另外的光学装置，所述另外的光学装置包括但不限于色轮、混色机构、旋转遮光板、效果轮、光圈、框架快门机构、以及其他如本领域中已知的光学装置。

第二协调效果系统1200包括第一棱镜系统140。第一棱镜系统140包括棱镜142a、棱镜142b和棱镜142c，所有这些棱镜都以可旋转的方式安装至第一棱镜支承件(或臂)141。马达(未示出)构造成使棱镜142a、棱镜142b和棱镜142c在第一棱镜支承件141内旋转。第二马达(未示出)构造成使第一棱镜支承件141旋转以将棱镜142a、棱镜142b或棱镜142c中的一者插入光束中，或者将所有三个棱镜从光束中移除。马达可以以协调的方式操作，使得棱镜142a、棱镜142b和棱镜142c中的一者插入光束中或从光束中移除并且使棱镜142a、棱镜142b和棱镜142c中的一者根据操作者的需要在光束内旋转。马达(或致动器)可以是选自但不限于步进马达、伺服马达、致动器、螺线管、以及其他如本领域中已知的马达类型的类型。在图12中示出的构型中，棱镜142a和棱镜142b位于光束之外并且对出射光束没有影响，而棱镜142c位于光束中。

第二协调效果系统1200还包括第二棱镜系统150。第二棱镜系统150包括以可旋转的方式安装至第二棱镜支承件(或臂)151的棱镜152a、棱镜152b和棱镜152c。第三马达(未示出)构造成使棱镜152a、棱镜152b和棱镜152c在第二棱镜支承件151内旋转。第四马达(未示出)构造成使第二棱镜支承件151旋转以将棱镜152a、棱镜152b或棱镜152c中的一者插入光束中，或者将所有三个棱镜从光束中移除。马达可以以协调的方式操作，使得棱镜152a、棱镜152b和棱镜152c中的一者插入光束中或从光束中移除并且棱镜152a、棱镜152b和棱镜152c中的一者根据操作者的需要在光束内旋转。马达(或致动器)可以是选自但不限于步进马达、伺服马达、致动器、螺线管、以及其他如本领域中已知的马达类型的类型。在图12中示出的构型中，棱镜152a和棱镜152b位于光束之外并且对出射光束没有影响，而棱镜152c定位到光束中。在这些位置中，棱镜142c和棱镜152c两者都位于光束中并且将相互作用以产生与图2、图3、图10和图11中示出的结果类似的结果。

在第二协调效果系统1200的第一构型中，第一棱镜系统140的棱镜142c位于由光源132产生的光束中。第二棱镜系统150的棱镜152c位于如由第一棱镜系统140修改的光束。如参照图10和图11所描述的那样，棱镜142c在光束(或修改的图像)中产生第一效果，并且棱镜152c在如由棱镜142c修改的光束中产生第二效果,从而产生输出图像。

对将从第一棱镜系统140和第二棱镜系统150中的一者或两者中选择的棱镜定位到光束中的的能力以及选择性地使所选择的棱镜中的任一者或两者旋转的能力使根据本公开的自动灯具的操作者能够使选择的棱镜的效果联系起来且能够选择性地和协作地协调选择的棱镜的插入和旋转，以产生新的动态照明效果。

当第二协调效果系统1200处于与图6中示出的构型类似的构型时(即，其中，第一棱镜系统140的棱镜被从光束移除，并且来自第二棱镜系统150的棱镜位于光束中)，出于本公开的目的，来自第二棱镜系统150的棱镜仍然被表征为接收如由第一棱镜系统140所修改的光束。

第一棱镜系统140和第二棱镜系统150中的任一者或两者还可以包括传感器，使得自动灯具的控制系统能够对棱镜142a、棱镜142b或棱镜142c以及棱镜152a、棱镜152b和棱镜152c的取向和/或旋转进行检测和控制。例如，棱镜中的每个棱镜均可以在其相应的周边配装有随棱镜旋转的磁体。第一棱镜系统140和第二棱镜系统150中的对应的一个传感器或多个传感器(未示出)比如霍尔效果传感器可以检测磁体的位置，并且因此推断出棱镜的旋转位置。

传感器不限于磁体和霍尔效果传感器，并且可以在本公开的其他实施方式中利用任何感测系统，所述任何感测系统包括但不限于磁性传感器、光学传感器、开关传感器。在一些实施方式中，单个传感器可以用于第一棱镜系统140和第二棱镜系统150中的每一者，并且单个传感器可以安装在下述位置中：在该位置处，允许传感器感测第一棱镜系统140的棱镜和/或第二棱镜系统的棱镜中的任何一个棱镜位于光束中。

虽然棱镜系统140和150被描述为各自包括使所有三个棱镜在其棱镜系统中旋转的单个马达，但是应当理解的是，在其他实施方式中，根据本公开的棱镜系统可以包括一个或更多个致动器，用以使一个或更多个相关联的棱镜在棱镜系统中单独地旋转。

图13呈现了图12的第二协调效果系统1200处于第二构型的简化视图。在图13中，第一棱镜支承件141和第二棱镜支承件151两者都已旋转，以将所有棱镜从光束中移除。第一马达(未示出)构造成通过带161使棱镜152a、棱镜152b或棱镜152c在第二棱镜支承件151内旋转。第二马达(未示出)构造成通过带163使棱镜142a、棱镜142b或棱镜142c在第一棱镜支承件141内旋转。

图14呈现了图12的第二协调效果系统1200处于第一构型的简化视图。在第一构型中，第一棱镜支承件141和第二棱镜支承件151已经从其在图13中示出的第二构型中的位置旋转，以将棱镜142c和棱镜152c两者都插入光束中。在该第一构型中，棱镜将相互作用以产生与图2、图3、图10和图11中示出的结果类似的结果。

图14示出了滑轮153，该滑轮153联接至参照图13描述的第一马达并由该第一马达驱动。滑轮153接合带161并使棱镜152a、棱镜152b或棱镜152c在第二棱镜支承件内旋转。

尽管已经说明和描述了具有两个棱镜系统的实施方式，但是在其他实施方式中，可以利用任何数量的棱镜系统来产生复杂的协调效果。多个棱镜系统中的每个棱镜系统均可以配装有任何数量的棱镜。

图15呈现了根据本公开的用于自动灯具12的控制系统(或控制器)1500的框图。控制系统1500适于分别控制参照图4至图8以及图12至图14所描述的协调效果系统400和1200。控制系统1500还适于控制参照图9所描述的自动灯具100的其他控制功能。控制系统1500包括电耦合到存储器1504的处理器1502。处理器1502由硬件和软件实现。处理器1502可以实现为一个或更多个中央处理单元(cpu)芯片、核(例如，作为多核处理器)、现场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)和数字信号处理器(dsp)。

处理器1502进一步电耦合到通信接口1506并与该通信接口1506通信。通信接口1506耦合到数据链路14并且用于经由数据链路14通信。处理器1502还经由控制接口1508耦合到一个或更多个其他传感器、马达、致动器、控制器和/或其他装置。处理器1502构造成经由通信接口1506接收控制信号并且经由控制接口1508对协调效果系统400和1200以及自动灯具100的其他机构进行控制。

控制系统1500适于实现如本文所公开的过程、协调效果控制和其他功能，这些过程、协调效果控制和其他功能可以实现为存储在存储器1504中并由处理器1502执行的指令。存储器1504包括一个或更多个磁盘、磁带驱动器和/或固态驱动器，并且存储器1504可以用作溢出数据存储设备，以用于在选择执行这些程序时存储程序以及以用于存储在程序执行期间读取的指令和数据。存储器1504可以是易失性和/或非易失性的，并且可以是只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、三元内容可寻址存储器(tcam)和/或静态随机存取存储器(sram)。

虽然已经关于有限数量的实施方式对本公开进行了描述，但是受益于本公开的本领域技术人员将理解的是，可以设计出不脱离本文的公开内容的范围的其他实施方式。虽然已经详细描述了本公开，但是应当理解的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开进行各种改变、替换和更改。