用于产生具有可控光通量光谱的光束的装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种改进的照明装置，其适于用作照明器材的部件，具有多组不同的发光器件，例如发光二极管，其可被控制产生具有种类繁多的复杂光通量光谱的光束，该光谱包括，但不限于，近似地模拟具有或不具有传统化学染料滤色器的多种传统光源中的任何一种光源的光谱。可配置每个发光器件组以发出具有不同光通量光谱的光。一个控制器将选定量的电能提供给多个发光器件组中的两组或更多组，以使这些组共同产生具有所选择的光通量光谱的复合光束。可控制该光谱，使其相对于被模拟光束的光谱在可见光谱段上的标准平均偏差小于约３０％。对于包括多组不同光源的所有公知照明器材，这是一个显著的改进。可配置所述发光器件组以使其所包括的发光器件的数量可独立选择。此外，可对所述发光器件组进行配置以使每一组的光谱半宽小于约４０ｎｍ，其峰值通量波长与相邻组的峰值通量波长相距小于５０ｎｍ。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术通常涉及照明器材，更具体地，涉及一种照明装置，适于用作照明器材的一部分，并可被配置以产生选定颜色的光。
技术介绍
照明器材在剧院、电视业和建筑照明应用中已经使用多年。通常，每一种器材都包括一个紧邻凹面反射镜安装的白炽灯，该凹面反射镜通过一个透镜组件反射光，将光束投射向剧院舞台等。滤色器可安装在该器材的前端，以便仅发射该灯所发出的光的选定波长，同时吸收和/或反射其他波长。这就提供了具有特定光谱组成的投射光束。这些照明器材中所使用的滤色器，通常有玻璃或塑料膜形式的，例如聚酯或聚碳酸酯的，其带有分散化学染料。这些染料可透过某些波长的光，而吸收其他波长。这样的滤光器可提供几百种不同的颜色，并且其中某些颜色已在工业中作为标准颜色被广泛接受。尽管这类塑料滤色器一般都很有效，但它们的寿命通常却是很有限的，这主要是由要驱散源自所吸收波长的大量热量的需要造成的。对于透过蓝色和绿色波长的滤色器，这已成为一个值得注意的问题。再有，虽然可提供的颜色种类很多，但这些颜色仍然受商用染料的可用性和那些染料与玻璃或塑料基材的兼容性的限制。另外，吸收未选择波长的机构的本来就是完全没有效率的，巨大的能量被浪费到发热中在某些照明应用中，气体放电灯已经取代了白炽灯，二向性滤光器已经取代了所述滤色器。这种二向性滤光器的形式通常为带有多层分色膜的玻璃基材，该分色膜可反射特定波长而透过其余波长。这些替代的照明器材的效率通常有所改善，并且其二向性滤光器不会由于过热而产生退色或其他退化现象。然而，二向性滤光器对颜色只能进行有限的控制，并且该器材不能再现许多用吸收性滤色器产生的复杂颜色，而这些颜色已经被作为工业标准而得到承认。因为经常需变换特定照明器材所发出光的颜色，所以近年来已开发出几种遥控的颜色变换装置。一种这样的装置是颜色卷轴(colorscroller)，其包括一个通常含有16种预选滤色器。这些滤色器会遭受同单个滤色器一样的退色或退化现象。另一种这样的装置是二向性颜色转轮，其包括一个带有大约八种预选分色膜的可旋转的转轮。这些颜色转轮避免了退色或退化这一著名问题，但是所能携带的颜色较少，而且比颜色卷轴要贵的多。其他的这样的遥控颜色变换装置包括一个CMY(减色系统)滤色器卷轴系统和一个CMY二向性颜色混合系统，后者可提供大约1600万种独立颜色的组合。然而，因为两个CMY系统都使用滤色器，而每个只透过约三分之一的可见光谱，因而它们不能再现复杂颜色的光谱的细微差别，所述复杂颜色包括那些用传统滤色器与全光谱白炽灯光源组合产生的颜色。另外的这样的遥控颜色变换装置包括一个白炽的RGB(三原色，红-绿-蓝)器材，例如舞台条形照明灯。这样的器材具有与上面简述的那两种CMY系统相似的问题。在这样的器材中，三个被分别过滤的光源中的每一个提供可见光谱的三分之一。因此，这些器材对于发射的白光浪费了三分之二的光能，而发射彩色光时它们浪费的甚至更多。最近，一些照明器材用发光二极管(LED)来代替白炽灯和气体放电灯。通常使用相同数量的红色、绿色和蓝色LED，并将其布置成合适的阵列。一些LED器材进一步包括相同数量的琥珀色LED。通过向所选数量的LED供电，就可发射出具有多种颜色的光，供电时通常使用脉宽调制电流。这些器材不需要滤色器，因此提高了含有白炽灯或气体放电灯的原有器材的效率。含有红色、绿色和蓝色LED的照明器材，即RGB LED器材，可发出表观颜色为白色的光束，尤其是当对白色或其他全反射表面进行照明时。然而，这种表观白色的实际光谱与采用白炽灯的器材所提供的白光的光谱并不完全相同。这是因为LED发射窄波段光，而且仅仅三种不同的LED颜色并不足以覆盖整个可见光谱段。被这样的RGBLED器材照射的彩色物体经常不显现其真正的颜色。例如一个仅反射黄光物体，当被白色光照射时，其也就显现为黄色；而当由RGB LED器材的红色和绿色LED产生的表观黄色照射时，该物体会显现出黑色。因此认为，这类器材在为诸如剧院舞台、电视业、建筑物内部，或展示橱窗照明时，会提供不佳的颜色再现。LED照明器材的有限种类不仅包括发出红色、绿色和蓝色光的LED，也包括发出琥珀色光的LED。这种器材有时被叫做RGBA LED器材。这种器材有与RGB LED器材一样的缺陷，但程度略有减轻。图1绘出了现有技术Source Four照明器材所投射出的光束的光通量光谱，该器材具有工作于约3250°开尔文(°K)的白炽灯，并且在光通路上没有滤色器。该Source Four照明器材可从威斯康星州米德尔顿的Electronic Theatre Controls得到。注意，该光谱在整个可见光谱段上，即420nm(纳米)到680nm，通常是钟形的。然而，实际辐射测量的该光的通量光谱是相当均匀的；但是所绘出的照明通量光谱是由辐射测量通量光谱乘以人眼的光谱灵敏度而得到的，而人眼的光谱灵敏度通常为钟形。人类一般将这种光视为白色，并且喜欢看到这种光。图1也绘出了现有技术RGB LED照明器材产生的光束的光通量光谱，该器材具有数量相等的红色、绿色和蓝色LED，以全功率工作。两个所绘出的光谱经过归一化处理，使它们具有大致相等的总通量。与白色背景或其他全反射表面对照，人类会对现有技术RGB LED照明器材全功率工作所产生的光感觉有点兰白色。然而，要注意到，该光的实际光通量光谱是很不均匀的，并且与由白炽灯器材产生的光的光通量光谱有着本质区别。这种光谱区别会导致被这种光照明的很多彩色物体表现出很大的区别。在可见光谱段，对图1中所绘的两个光谱之间差的绝对值进行积分，即白炽灯照明器材产生的光的光通量光谱和RGB LED照明器材产生的光的光通量光谱，在两个光谱之间提供了有用的一致性度量。这个一致性度量是指标准平均偏差(NMD)。NMD为0％会在两个光谱之间表现出严格的一致性。在图1中所绘的两种光谱的特定情况下，NMD为57.1％。这个值较高，被认为是不合要求的，并且它表示RGBLED照明器材模拟白炽灯照明器材效果差，并因此提供出的颜色再现差。上面的描述应表明需要改进具有诸如LED的单独颜色光源的适于用做照明器材的部件的照明装置，其改进了含有白炽灯和气体放电灯的照明器材的发光效率，也改进了可产生具有可更精确控制的光通量光谱的光束，进而可逼真地模拟现有照明器材光谱，并且改进颜色再现。本专利技术满足了这些需要，并且提供更多相关优点。
技术实现思路
本专利技术的一个特征在于一种照明装置，其适于用作照明器材的部件，用于产生一种光束，该光束具有精确控制的光通量光谱，例如，该光通量光谱包括模拟预定光源(有或没有滤色器)所产生的光束光谱的光谱。该装置包括多个发光器件组，对每个这样的组可被配置，以发出具有不同光通量光谱的光，这些光谱具有峰值光通量波长和预定光谱半宽(half-width)。每个组的光谱半宽小于约40nm，并且可配置这些组，以使每个组的峰值波长与另一个组的峰值波长的间隔小于约50nm。该装置进一步包括一个控制器，其可被配置，以向这些发光器件组提供选定量的电能(electrical power)，以使这些组共同产生具有规定光通量光谱的复合光束。本专利技术的另一个特征在于一种照明装置，其适于用作照明器材的部件，用于产生具有一种光通量光谱的光束，该光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于产生光束的装置，该光束的光通量光谱可模拟具有白炽灯的预定光源所产生的光束的光通量光谱，这种光源不需要用于改变该灯所发出的光的光通量光谱的过滤器，所述装置适于用作照明器材的部件，并且包括：多个发光器件组，可配置每个这样的组以发 出具有不同光通量光谱的光；以及一个控制器，其可被配置以向所述的多个发光器件组提供选定量的电能，以使所述组共同产生具有规定光通量光谱的复合光束，所述规定光通量光谱相对于被模拟的预定光源所产生的光束的光通量光谱在可见光谱段上的标准平均偏 差小于约３０％。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：DW坎宁安，
申请(专利权)人：DW坎宁安，
类型：发明
国别省市：US[美国]