[发明专利]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

说明书

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