解析一款LED成像電腦燈——Robe Robin DLS Profile

文/[美]邁克·伍德 編譯/姚涵春

（1.上海戲劇學院，上海 200040）

近幾年，Robe公司因其產品Robin LED染色電腦燈而聲名遠揚。筆者曾測評過Robin 600染色（Wash）電腦燈，其優良的色彩均勻性和平滑的變焦凸顯其強勢性能。LED染色電腦燈市場變得越來越繁忙喧鬧，并且已經開始商品化。像素配置型LED PAR燈的時代已經遠去，很多制造商正在制造具備更多功能的更為復雜、精致的燈具。然而，對于LED聚光（Spot）燈具，其現狀與LED染色燈具并不相同。去年，許多靜態的LED聚光燈具新產品入市，與無處不在的以ETC Source Four成像燈為代表的優質舞臺橢球聚光燈展開競爭，這些新品來自ETC、Philips、Prism Projection以及其他制造商，他們都想在燈光設備市場贏得自己的席位。在自動化LED聚光燈具方面，有實效的燈具甚至更少了，至今在市場上仍只是極少數。其制造難點是，必須將大量排成陣列的LED光源的光線準直，并通過聚光燈具的小孔徑光圈。這對于舞臺橢球燈的大孔徑光圈已是足夠難了，對于自動化LED聚光燈僅有約1英寸（25.4 mm）數量級的小孔徑光圈來說，就更困難了。它還沒有商品化，仍有很大的設計創新空間。

Robe公司用Robin DLS Profile產品投入了這個市場領域。DLS產品系列包括DLX Spot和DLF Wash兩類燈具，所有這些燈具都裝置有相同的RGBW LED光引擎（編譯者注：如同《演藝科技》2012年第5期介紹的GLP的impressiong Spot One，該光引擎系深圳市光峰光電技術開發有限公司研發的LED舞臺燈模組Atria SL系列產品之一）。Robin DLS Profile提供自動化聚光燈具的標準特性，該燈具具有可自動造型的4葉光閘片，見圖1，之前在LED燈具中筆者沒有見過這些配置（下文詳述）。Robe Robin DLS Pro fi le是如何構成的呢？它是更為傳統的自動化燈具的更新替代產品嗎？如同以往考察一樣，筆者將試圖借助對燈具的光源到光輸出一系列測試盡可能回答許多問題，給予讀者足夠的客觀信息，以幫助讀者得出自己的結論。測試燈具由制造商提供，本文中所表述的結果都是基于筆者對這款燈具的測試。

所有測試都是燈具運行在AC 115 V、60 Hz常規電壓下操作的。不過，Robin DLS Pro fi le能夠在AC 100 V～240 V、50 Hz/60 Hz額定電壓范圍內運行，配置有開關電源的自適應電壓選擇。

1 光源

Robin DLS Profile采用一個450 W的RGBW LED光引擎，見圖2。它運用專利技術以均化4種光色并將它們準直成一個光束，幾乎沒有顏色差異或顏色帶。其他制造商的產品中有過相似的光引擎，不過那是RGB引擎。Robe公司選擇添加白光作為第4通道。它不增加總功耗，卻有助于提高顯色性和擴展淡柔顏色的色域。Robe公司評估該引擎功率為450 W，最低壽命為20000 h，擁有高于75%的光束均勻度。這個光引擎是一個黑盒子，燈具制造商負責提供冷卻和LED驅動器以控制它正常運行。Robe公司使用優質翅式散熱器，三面包圍著光引擎，其頂部和底部安裝有兩臺風扇以強迫空氣通過這些翅片及其周邊。為使燈具運行中保持冷卻，兩臺風扇會調速以適應負載狀態的變化。光引擎是密封的，沒有用戶可維修的部件。

圖2 LED模塊

圖3 LED模塊的透鏡

圖3顯示光引擎輸出透鏡的視圖，讀者能夠看到內在的復眼透鏡的六角形小平面，這個透鏡和交叉設置的二向色性濾色片一起成為均化系統的要素，它們將光束重疊在一起。此后再沒有光引擎的光學器件；被準直的光線就產生于這個組件，并直接進入這個燈具的光學鏈。

2 頻閃與調光器

該燈具的調光和頻閃是以電子方式來完成的，即借助PWM技術調節電流來控制LED光源的功率。筆者以DMX 512 Mode1運行燈具，這種模式提供許多功能的16-bit控制，其中包括亮度。圖4顯示調光曲線，幾乎完美地匹配直線型線性調光。曲線上部90%～95%的調光非常平滑柔順。一旦低于10%，用戶能察覺到一些步進現象；然而，它在其后的調零過程中保持穩定，沒有大的步進現象或色彩混合的問題。筆者測得PWM頻率為300 Hz，與Robin LED Wash相同。燈具設置有一個專用的通道，能提供多種多樣的頻閃選擇，例如漸變和隨機選項。筆者測得其最大頻閃速度為17 Hz。

3 顏色系統

圖4 調光曲線

如上所述，Robin DLS Pro fi le是一款4通道RGBW顏色加法混合燈具。正同Robin 600 LED Wash一樣，對于顏色混合的目標，Robe公司將它當作RGB燈具，并不假思索地增加白光（W）以改善顯色性和提高亮度。當混合一種不完全飽和的顏色時，電子設備就立即在此混合中加入白光光源，以提供更寬泛的光譜響應。筆者喜歡這種方法，因為它提供第4個光發射器的優勢，而不必擔心如何和何時最好地利用它。在默認情況下，以全功率運行所有光發射器時，燈具產生的白光并不是通常的偏淡粉色的白光，所以，全部光輸出是一種很實用的顏色。很明顯，燈具實施了某種內部功率分配方式，以使總熱負載量保持在其技術規格之內。這允許燈具在光發射器之間按需轉變功率，以使混合最大化。此外，為了與Robin Wash系列的控制方式保持相似，Robin DLS Pro fi le也提供一個如同RGBW加法混合方式的虛擬色輪通道。這個色輪通道包括5種不同色溫的白色預編程混合：2 700 K、3 200 K、4 200 K、5 600 K和8000 K。筆者使用光譜儀測量這些色溫和Δuv值，如表1所示。

圖5 所有LED光源滿功率時的光譜

圖6 2 700 K白光的光譜

注意：Robe公司告訴筆者，他們使用美能達CL-200A色溫照度計測量表1中的量值，測量精度：色溫為±100 K、Δuv為±0.001。這些測量值不同于筆者使用光譜儀測得的結果，筆者對此并不感到驚奇，因為色溫照度計（如CL-200A）與光譜儀的測量精度不同。

圖5顯示，混合白光的色溫被設置于標準的8000 K時光輸出的光譜，而圖6則顯示2 700 K白光時的光輸出光譜。2 700 K和3 200 K暖色光與白熾光源很好地匹配，顯示出添加額外的白光發射器的優點。就顯色性而言，色彩越多越好。色光輸出占整體輸出的比例如表2所示。

正如我們對LED光源所預期的那樣，所有顏色變化都是瞬間完成的，所以，筆者通常的時間測試是不確切的。由于某種原因，在聚光燈中看見這種變化比在染色燈中更加令人驚奇。筆者認為，我們已經習慣于LED染色燈具的那些突然的色彩變化，但是還沒有習慣于圖案的變化。通過一個色輪通道就能獲得許多種顏色，包括彩虹追逐，但是總能夠運用RGBW通道去混合出想要的精確顏色。此外，Robin DLS Profile提供CTO通道用色彩混合系統改變標準白光的色溫。運用這個通道，能夠將8000 K標準白光和一種色光混合，而后調整這種色光達到與3 200 K白光相似。

4 光圈

測評對象由光引擎板塊轉向燈具的光學模塊。第一個光學模塊是光圈，見圖7。Robin DLS Profile配置有一個常規的多葉片構建的光圈，它被安裝在造型模塊的前面。完全關閉時的光圈將孔徑尺寸減小到其全尺寸的17%。在這種光圈狀態下，燈具最小變焦時的光斑角為2°，而在最大變焦時則為7.8°。筆者測得打開和關閉光圈的時間約為0.2 s。

表1 色溫和Δuv值

表2 色光輸出

5 造型結構

下一個模塊是4葉片造型結構。造型模塊一直是電腦燈中一個棘手的部件，很多燈光設計師都愿意使用它們，但是難以確保其可靠和精確，所以最終這成為一項昂貴的專業項目。然而，它們如此難以制造的最大原因之一是因為它們必須面對的溫度。通常，來自于白熾光源和HID光源的熱量使光圈葉片灼熱而變成暗紅色。配用LED光源就沒有問題，這樣就不用擔心熱量使其彎曲變形，意味著光闌金屬片能夠做得更薄更輕；軸承和運動部件的潤滑油不會被氣化掉，摩擦力降低、能耗減少，整個造型模塊可以做得小而輕。

圖7 光圈

圖8 造型模塊

Robin DLS中的造型模塊具體表達了所有這一切，見圖8。4個葉片中的每一個都通過簡單的雙連桿機構直接連接到兩個步進馬達。因為每一部分組件都非常小巧輕便，所以它運行得非?？焖佟９P者測得，葉片從光束外緣向完全被插入的位置運行所需時間少于0.1 s。如此快捷的運動意味著，除了通常的造型應用之外，還能將這些葉片用作可充分配置形狀的光圈或特殊效果。葉片能在十字形分隔板之間運行，在圖8中能看見這個分隔板，外面的兩個葉片置于它們各自的槽中，而中央的兩個葉片則共置于一個槽中。每個葉片能左右旋轉45°，完全插入時葉片能覆蓋一大半光束（平坦插入時為75%，大角度插入時為57%）。圖9顯示兩個不同位置上的葉片，所以能看見馬達如何運動到指定位置，而使葉片形成某種角度。此外，整個機構借助于單獨的第9個馬達能夠旋轉90°。整個行程需時2 s。筆者關心如此簡單機構的精度，但測得其滯后僅為0.05°，即在20英尺（6 099 mm）射距上偏差為0.2英寸（5.08 mm）。光學系統在寬角度時會引起一些枕形畸變，這意味著造型插片的直邊在寬光束角時產生彎曲現象，見圖10和圖11。造型插片以最慢速度運行時稍稍有點抖動，這是其最為薄弱的點位，但是其優勢是它們運行得極為快速。簡單的結構和低熱量意味著它具有良好的可靠性。

6 圖案輪

與造型模塊面對面配置的器件是一個常規的旋轉/索引圖案輪，盤面上配置7個圖案片和一個開孔。經由嵌入式卡盤結構可以更換圖案片。圖案和輪子的旋轉范圍是良好的，低速時運行很平滑。圖案輪運用快速通道算法以使變化時間最小化，旋轉速度見表3。

圖9 光閘

圖10 造型板和圖案片

旋轉定位的滯后精度是0.1°，這相當于在20英尺射程上偏差0.4英寸（10.16 mm）。聚焦質量通常是好的；大范圍變焦的光學系統常常會在大變焦角度時引起枕形畸變，這對于邊緣成像有點影響并產生一些輕微的變形，但問題不大。與那些快速的光學系統一樣，要使圖案、光圈和造型片同時聚焦是不可能的。

7 效果輪

Robin DLS Profile裝置有一個效果輪（或稱疊加輪）。這是一個大的分解圖案，它能以某個角度移動橫穿圖案孔徑。然后，插入和旋轉的量（或程度）可以被改變，給予圖案一些有效的閃爍/水型效果。圖12顯示這個效果輪完全打開和完全被插入定位的視圖?？刂仆ǖ捞峁┮恍┯腥さ念A編程宏指令，將圖案輪和效果輪的運行與有趣的效果結合起來。

8 透鏡與光輸出

Robin DLS中最后一個光學模塊是3組件光學鏡頭，這種應用常見于很多圖案電腦燈中。兩個組件可移動，提供變焦和調焦效果，而最后一個組件則是固定的，構成燈具的最終光輸出的透鏡。在寬光束角為46.4°時，筆者測得8000 k白光的光輸出為3 936 lm；在11.7°時，光通量則緩降為3 049 lm，其變焦范圍達4∶1。光強分布參見圖13、圖14。其光分布是非常平滑流暢的，混合光分布擁有良好的均勻度。如先前所述，在大角度的末端有一些顯而易見的桶形畸變。從窄角運行到寬角的變焦時間是0.6 s，而全程調焦則需時1 s。

表3 圖案旋轉速度

圖12 效果輪

圖13 最大變焦時光強分布

圖14 最小變焦時光強分布

9 棱鏡與霧化鏡

棱鏡和霧化鏡被安裝在變焦和調焦透鏡之間，見圖15。每一個器件都裝置在搖臂上。三棱鏡插入需時0.5 s，并能被旋轉，其旋轉速度范圍為0.3 s/r（200 r/min）降至162 s/r（0.37 r/min）。圖像分離效果很好，而且可通過變焦來調整分離程度。霧化鏡是一塊旗形的玻璃片，可在0.2 s內降下并橫穿光束。它是一種筆者稱之為“漫射”型的霧化鏡，將光充分漫射使整個光束的光分布均勻柔和，應用這塊霧化鏡以柔化圖案邊緣是不可能的。（筆者將能夠柔化圖案邊緣的霧化鏡稱為“擴散”型霧化鏡。兩種類型有它們各自的用途，因而在操作上它們看上去非常不同。）

10 水平與垂直旋轉

Robe Robin DLS Pro fi le擁有540°水平旋轉和280°垂直旋轉。全程水平旋轉需時4 s，而更典型的180°水平旋轉則需時2.4 s。全程垂直旋轉需時2.6 s，180°垂直旋轉則需時2.2 s。

運行是平滑流暢的，沒有步進現象，并具有極好的重復性；筆者測得水平滯后為0.07°而垂直滯后為0.03°。這相當于在20英尺（6 099 mm）射程上水平偏差為0.3英寸（7.62 mm），垂直偏差為0.1英寸（2.54 mm）。

我們已經了解剛性系統的特性，它良好的可重復性常常在最后定位時導致一些彈跳，對于這款燈具，同樣也是這種情況。水平和垂直旋轉機構都安裝有譯碼器，如果燈具受阻或受撞時，譯碼器將糾正定位誤差。圖16顯示安裝有水平旋轉馬達的一個燈弓臂，而垂直旋轉馬達則裝置在另一個燈弓臂中。

11 噪聲

燈具滿功率輸出白光運行30 min之后，在燈具正常工作狀態下，距離燈具1 m處測得燈具的噪聲值如表4所示。

這款燈具的噪聲級非常穩定，主要源自LED冷卻風扇的噪聲。筆者以自動模式運行風扇，但也可以不用此模式，將風扇運行設置于劇院模式，此時能按照用戶需要調整風扇速度。系統會降低光輸出和用戶所需要的運行速度。有時，擁有固定的風扇速度比增加或降低速度更好些；恒定的噪聲在主觀上常常比變化的噪聲較少地令人注意。筆者測試劇院模式，將風扇設置于最小速度；這將靜態噪聲水平有效地降低至8 dB（A）～37 dB（A），而光輸出則減少到66%。

12 電參數與復位/初始化時間

圖15 霧化鏡和棱鏡

表4 燈具噪聲

表5 功耗（115 V 60 Hz時）

圖16 燈弓臂

圖17 顯示器

圖18 光學模塊

圖19 連接器

冷啟動的初始化運行需時36 s，而來自DMX 512重置指令的初始化運行則需時30 s。復位運行得很好，在水平和垂直旋轉運行到最終的定位之前燈具不會亮起來。

13 電子設備與控制

Robin DLS Profile采用Robe公司經專業綜合測試的、標準的彩色LED觸摸屏，它也安裝有4個毗連的按鈕，見圖17。用戶可使用觸摸屏或按鈕去操作此系統；系統配置電池供電，以便在燈具通電之前能設置參數。系統提供綜合性的DMX 512選項，以及提供診斷、單獨操作和相關服務的進入等選擇范圍。燈具也會跟蹤所有的故障事件，有可用于客戶檢查的全方位記錄，以及作為遠程配置和診斷的RDM能力。集成無線DMX也是可選擇的，它采用LumenRadio CRMX模塊。

電子設備分布在燈具各處的不同小電路板上，控制和電源設置在底座中，馬達驅動器與它們各自的模塊相毗鄰，如圖18所示。

Robin DLS提供5針XLR DMX512和3針XLR接口以及用于以太網的Ethercon接口，以太網提供Art-Net、MANet 1和MANet 2支持，以及Streaming ACN支持，見圖19。也可以用燈具作為一個Ethernet-DMX 512的網關，它接受這些協議中的某一個，并通過XLR接口轉換為DMX 512信號。

結論

Robin DLS Pro fi le是一款簡單的燈具，很方便拆卸和使用。除了密封的LED光引擎之外，其他器件都很容易維修保養。其外觀與Robe的其他圖案電腦燈非常相似，要遠距離識別出它是一臺LED燈具，那是很困難的。

這就是Robe Robin DLS Pro fi le——筆者測試過的配置有自動造型光閘的第一臺LED聚光燈具。LED光源的應用有效地解決了熱相關的問題，從而展示了這類燈具在工程上的發展潛力。