解析一款LED图案电脑灯——GLP impression Spot One

文/[美]迈克·伍德 编译/姚涵春

（1.上海戏剧学院，上海 200040）

GLP公司是欧洲的一家知名自动化照明设备制造商。多年前，笔者首次看到GLP产品——一款360°旋转的Patend Light时，对其印象很深刻。此后，GLP推出了一系列自动化照明产品，其中大部分产品都采用传统造型，包括本文介绍的Impression Spot One（以下简称“Spot One”）。它是笔者测评的第一款RGB混色的图案电脑灯。虽然现在市场上已经有不少RGB LED染色灯具，但是将LED光学系统用作图像投影灯具毕竟还不太容易，尤其是适用于小尺寸图案片的自动化灯具。因此，笔者希望这次检测提供的数据，能帮助用户了解Spot One的基本性能和功能，以及它与采用传统光源的电脑灯的差异。

与以往一样，本次检测依然从对光源的测试开始，直至光输出镜头结束，报告笔者在检测时的观察和分析，记录测量数据。报告的所有结果都来自对GLP公司发送给笔者的唯一一台灯具的测试，如图1所示。考虑到时间和物流成本等因素，笔者并没有去测量若干台灯具，而后对测量数据取平均值，尽管那是一种较好的技术方法。

在本次测试中，灯具均运行于115 V、60 Hz的标称电压下。Spot One技术规格允许它在额定的100～240 VAC、50/60 Hz电源下正常运行，该电源具有开关模式的自动电压选择。

1 光源

本次检测从光源开始。不过，这对Spot One来说就有些困难了。此灯具采用产自Appotronics的集成光引擎，它安装在被称为“黑盒子”的组件里。图2和图3分别是光引擎两侧的侧视图。图的主体是其冷却系统，在光引擎周围装置有许多热管和一个巨大的鳍形散热器，它借助热管将热量传导给散热器而达到冷却效果。散热器的顶部又被2只大的冷却风扇所覆盖。由于无法取出黑盒子组件，也观察不到该组件内的情况。光引擎的技术规格中说明，它是1只400 W RGB LED芯片集，其额定寿命为20 000 h。并未注明LED光源的类型及其制造商（编者注：光源制造商为深圳市光峰光电技术有限公司）。

虽然无法看到光源内部结构，但笔者认为RGB三种色彩的组合形式设计很值得关注，故根据经验简要说明。LED光源的三色阵列结构是，绿色光位于光引擎的后部，红色光和蓝色光则在绿色两侧，彼此相向向内放置。通过一对交叉的二向色性滤色片将三色光束组合为集成的单一输出光束，这与应用于投影机或摄像机中的光束分光镜有点相像。系统的设计目的是使RGB三色光源的光学表现接近一体化光源，仿佛所有发射器都紧密地组合在一起。图4是由制造商提供的Appotronics光引擎结构图，显示出这款灯具应用的光学系统，它采用交叉的二向色性滤色片和光输出复眼透镜。当然，这个系统运行效果很好，在输出光束中几乎没有色散，也没有彩色阴影。

据笔者观察，Appotronics的光引擎属于用户不可维修的部件，因而被设计成单一部件以便更换。

2 频闪与调光

考察LED光引擎的同时，或许也是讨论频闪和调光的好时机。由于这是一款LED产品，所以，这两个功能完全是电子化的。Spot One为用户提供了一系列调光曲线；笔者选择的是灯具提供的默认调光曲线，如图5所示，它被描述为Elog曲线。曲线顺滑流畅，在调光下降至5%之前，几乎是连续无跳步变化的，此后它突变至零点。这个第一步——从完全关闭（亮度为零）调控至可能的最低亮度值——总是与LED光源有关联，没有类似预先加热灯丝的方法以使其调光顺滑些。当调光至30%以下时，笔者还能察觉到有向绿色轻微偏移的色彩变化。该灯具设置有一个专用的频闪通道，以便选择多种多样常用的频闪模式，包括直线加速频闪和急变频闪。笔者测得的可能频闪范围是1 Hz～24 Hz。

3 色彩系统

Spot One是一款RGB LED灯具，所以，灯具的所有颜色都由红、绿、蓝三基色通过加法混合而获得。除了三基色的控制通道之外，GLP公司还提供一个单独的色彩控制通道，它给予12个预混合和预设置的色彩、彩虹效果以及各种不同色温的白光以便能快速获取。此外，还有一个色温通道，它能够在其他任何选取的颜色上再叠加不同色温的白光，以模拟3 200 K至7 000 K的白色光源。图6显示了所有三基色通道都处于满额度输出时的光谱分布；这给出了灯具最高的光输出量，但是，其光输出略微缺少点绿光，因此，其光色略带一点桃红色而不是白色，这是RGB灯具常有的情形。图7显示混合光输出被调整后产生7 500 K白色时的光谱分布，而图8显示在3 200 K色温时的光谱分布。混合产生7 500 K白光时的光输出量降至RGB满额度光输出量的75%，在5 600 K白光时的光输出量为满额度时的68%，而在3 200 K白光时则为50%。如同所有RGB LED灯具一样，其输出系统是加法混合，所以，与采用滤色片的减法混合方式带来的色光光损相比，高饱和度色彩的光输出量的减少要小些。表1显示了该灯具几种色彩的传递率。

通常，蓝光输出是LED灯具的一个弱项，而Spot One具有极佳的蓝光输出，色彩混合的范围符合用户期望，色彩饱和度高。LED要混合出柔和淡雅并接近白色的颜色不太容易，这款灯具也是如此。电脑灯中的RGB LED光源优点之一是色彩变化速度快，能实现瞬间的色彩突变效果。现在，大多数LED染色灯具都已能实现该效果。令人欣喜的是，Spot One在实现强劲光束和图案投影功能的同时，又具有突变的色彩效果。

表1 色彩的传递率

4 效果盘

光引擎之后的第一个物理光学器件是效果盘。这是现在常见的一种装置，是一个巨大的图案圆盘，能以45°的角度穿越光束；当它旋转时，能产生穿越光束的线性运动效果。当用户调控效果盘出入光束时，就能产生纵向、横向或两者之间任何位置的运动。在效果盘上只有一个可更换的图案。图9显示效果盘从光束外向光束内作纵向运动时的两个位置状态。效果盘完全穿越光束需时0.6 s，一旦到位，它的旋转速度就能实现大幅度变化。笔者测得，最快旋转速度约为33 r/ min，而最慢旋转速度太慢了，以至于笔者实际上无法测量出来。

5 图案盘

Spot One具有两个完全相同的旋转图案盘。每一个具有7个可更换的图案片外加一个开孔，每一个都采用相同的嵌入式卡盘系统以便更换图案片。进入更换图案的入口是很容易的。图10显示部分卸掉图案片的卡盘，图11显示图案片卡盘的正面和背面。金属和玻璃图案片都可使用；裂纹玻璃片也可使用。表2显示了图案旋转速度。

Spot One所有图案片和图案盘本身具有极佳的旋转速度变化范围，所以，其运动都运用快速通道算法，以使运动时间最小化。旋转本身非常平滑，在定位时几乎察觉不到滞后现象。笔者测得总误差为0.02°，这相当于在20英尺（6 096 mm）射距处的偏差仅为0.1英寸（2.54 mm）。图案投影的聚焦质量及清晰度都非常好；只有少量的彩色边纹现象，但是笔者认为那是来自于镜头的色差，而不是产生自RGB三色匀化机制。产生边缘－中心聚焦差异的球面像差可察觉到，但是数值极小。图12显示了两个投影的图像。如果特意将这些图案片调置于焦距之外一段距离，光引擎的复眼光学系统会在图案四周创造出一些有趣的图形——笔者曾见过这种技巧和效果在演艺中的运用。

6 光圈

Spot One装置有一个标准的光圈，它紧挨在两个图案盘之后。充分关闭的光圈可将孔径尺寸减小至全开孔径尺寸的16%，这使得灯具在最小变焦状态时产生1.6°的光斑角，而在最大变焦状态时产生4.2°光斑角。笔者测得打开和关闭光圈所需时间约为0.2 s。图案和光圈之间聚焦的差异相当大，所以，清晰地将光圈投影叠加在图案成像上是不可能实现的——其中任一个能够处于聚焦状态，但两者不能同时聚焦。

7 镜头与光输出

Spot One中的光学系统是标准的三组件设计，其中组件1和组件2可移动以提供变焦和调焦，而组件3是固定的光输出透镜。前两个透镜组件设置于光圈之后、棱镜之前的区间。笔者测得RGB三色光源满额运行、27°宽光斑角投光时，叠加的光输出量是4 660 lm，在10.4°窄光斑角时，其光输出稍有下降，光通量为4 281 lm。光斑在所有情况下都非常平坦，在窄光斑角状态更是如此，这对于图像投影和展现空中特技很不错，尽管对相邻灯具之间的光斑衔接或许有点过于平坦了，见图13和图14。图15显示了使用相关联的皮带传动机构运行的变化和调焦镜头。从窄光斑角运行至宽光斑角的变焦所需时间是1.2 s，而调焦全程需时0.5 s。

表2 旋转图案速度

8 棱镜

位于透镜组件2和组件3之间的光学器件是可移动的三棱镜。将棱镜移动定位的机械装置与笔者以前见过的结构有些不同。整个棱镜结构从灯具顶部即透镜组件2的上部以枢轴为中心转动定位，而不是通常从侧面滑动定位的方式。图16显示棱镜转动定位顺序的3个视图，整个运作过程需时1.1 s。一经定位，棱镜就能被双向旋转，其旋转速度范围为113 r/min～0.13 r/min。调整变焦通道可以改变3个投影图像的分离间隔，从分离状态变化至约40%的图像重叠。

9 水平与垂直旋转

Spot One可水平旋转630°、垂直旋转270°。水平全程630°旋转需时5 s，而更为典型的180°旋转则需时3.5 s。垂直全程270º旋转需时3.5 s，而180°旋转则需时3 s。

旋转运行质量非常好，察觉不到步进现象。定位精度极佳，在水平和垂直旋转方面，测得的滞后误差都是0.05°。这相当于在20英尺（6 096 mm）射距上偏差为0.2英寸（5.08 mm）。对这种刚性系统来说，滞后确实略微下降，然而，在运行的终端位置又会产生相当多的反弹，尤其是在水平旋转时。这是自动化灯具设计中常见的工程困境：需要获得但也是难以同时获得的三个结果——高速运动、最后定位精准和极轻微的反弹。对上述三个要求，可以做好任意两个，但三者同时达到最佳则是困难的。水平和垂直旋转轴都安装有编码器，如果旋转被阻挡或被撞击，编码器将纠正定位误差。图17显示安装在灯弓臂内的垂直旋转马达。

10 噪声

运用提供的软件，镜头变焦时Spot One产生的噪音最大（棱镜的运行显示出相同的噪音数值，因为它必须从变焦镜头上部转动后才能定位）。 表3为声强水平，其中所报告的静态噪音数值是LED光源及其相关联的风扇在满功率运行30 min之后所测得的。

表3 声强水平（常规模式）

表4 灯具功耗（ 115 V 60 Hz）

11 电子参数与复位/初始化时间

表4为灯具功耗值。无论是冷启动还是由DMX512重置指令再启动，初始化需时51 s。复位表现得很差，水平和垂直旋转在完成最后定位状态之前，灯具中的LED光源就逐渐变亮起来（制造商表示，这个问题已经在新的软件版本中得到解决）。

12 结构

如上所述，用户不能对Spot One LED引擎进行维修或调整，但是，图案和效果系统都容易打开，维护方便。该灯具设计几乎没有置顶盒；只有一个小的圆面，在圆面上设置连接和电源。其余的所有器件都安装在灯弓臂或摇头内。进入头部很简便：卸下每个侧面上的4个直角回转螺丝，打开盖子，就显露出所有的系统。总的说来，它是一款外观典雅的灯具。

13 电子设备与控制

图18显示安装有接口的壳体的一个侧面，它配置着电源和5针、3针XLR DMX 512输入接口。同时也留有以太网端口的位置（但在笔者检测的这台灯具上没有使用）。在壳体的另一侧配有相应的DMX 512输出端口，与其在一起的还有电源开关和熔断器。彩色液晶显示器和触摸板菜单系统被安装在一个灯弓臂内，见图19。它提供进入所有常规设置和服务的功能。良好的触控板是图形化界面，当灯具自检时，显示灯具每一个系统初始化时的实际状态。电子设备分布于整个灯具，电源安装在灯弓臂的底部，见图20，而马达驱动器则安装在摇头内，见图21。

以上就是GLP impression Spot One这款RGB LED图案电脑灯的表现，这款灯具是否能满足需要，还需要用户自己作出结论。

（本文编译自美国《Lighting &Sound America》杂志2011年11月刊《The GLP impression Spot One》一文，获其许可，http://www.lightingandsoundamerica.com/LSA.htm l。）