一种用于实时改变光分布的舞台灯光学系统的制作方法

背景技术：

随着科学技术的发展，舞台的发展对舞台灯领域提出越来越高的技术要求，对光的质量要求越来越高，灯具的用法提出了更细的分类。目前舞台灯领域使用最广泛的功能性灯具主要分为三种，分别为：图案灯、光束灯、柔光灯。图案灯可投射较均匀的光斑，投射图案分辨率较高，投射光斑角度较大并多可实现光斑角度的变焦缩放，主要用于预制舞台的各种场景，如闪电、森林的阳光、火焰等效果。光束灯的投射角度较小，中心亮度较高，空中穿透力强，光束边缘截止明显，并主要用于舞台空间的分割以形成视觉的立体变换效果，如城市地标的夜景。而柔光灯则以较柔和，无显明边界的光斑对舞台场景进行照明，补光，渲染感情色彩等级，如高色温感觉激昂，低色温渲染温暖气氛。这样，由于灯具性能单一的局限性，复杂多变的舞台场景，往往需要频繁更换不同类型的灯具来实现不同的效果，操作起来极其复杂。

而为解决此问题，舞台灯行业提出了多种灯具合一的设计思路概念，即一款灯具可以同时实现图案和光束，或光束和柔光，或图案、光束和柔光等多种组合性能一体化的设计。由于舞台技术的高速发展，使这种设计的理念得以实现。

通过专利检索发现，目前公开的多个涉及光束、图案和柔光多合一的设计方案当中，均是采用光学积分器手段来实现图案和光束之间对光斑均匀度的变换，如光学雾化片，光学积分器导光棒或微透镜阵列结构等，采用此类方法的缺点是结构相对复杂，成本较高，光学效率低。

技术实现要素：

本发明的目的是为克服上述现有技术方案所述的至少一种缺陷，提供一种能实时改变光分布的舞台光学系统，提出一种相对结构简单，设计合理，方便实用，可以很好的实现实时地改变舞台灯光分布的光学系统，可以实现多种舞台灯的效果。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：一种用于改变光分布的舞台灯光学系统，主要包括沿主光轴依次设置的光源，反光杯和变焦镜头组件，其中所述的舞台灯光学系统还包括设置于反光杯第一焦点和第二焦点之间的散光镜组件，所述的散光镜组件为单个负透镜或负透镜与负透镜的组合。

进一步的，所述散光镜组件为单个具有负焦距的透镜，或负透镜与负透镜的胶合，更具体地，这些负透镜可以为双凹镜或平凹镜，所述散光镜焦距或组合焦距范围为-5mm～-50mm。

更进一步的，关于所述双凹镜或平凹镜的面形和曲率，可以为标准球面或非球面，或为球面与非球面的组合，双凹镜的两曲面曲率可以为相等或不相等。关于双凹镜的两曲面的孔径亦可为相等或不相等。关于所述的双凹镜或平凹镜的双面及切平面处为透明光学平面或透射式的雾化面，或为透明与雾化面的组合。

本发明方案的原理，通过优化设计所述的散光镜组件的参数和在系统的位置，巧妙地利用散光镜对所述的光学系统中光源和反光杯所出射的光线进行选择性的扩散，把光斑中心光线分布较集中的光线进行扩束到光斑边缘光线相对较少的区域上，以达到从光线相对集中，中心亮度高到光斑相对均匀的变换效果。

更具体地，所述的光源设置于反光杯的第一焦点处，光源发出的光线经反光杯后，聚焦于反光杯的第二焦点处，花样组件亦设置于反光杯的第二焦点处或附近±12mm内，光线经反光杯、花样组件后由变焦距镜头组件成像投射光束。

当所述设于第一焦点和第二焦点之间的散光镜组件移出于主光轴光路之外时，此明光线由光源发出经反光杯后在第二焦点位置形成光线相对较集中，直径约6-12mm的光斑，经由花样组件6-12mm通光孔、变焦透镜组件投射出来后形成光线集中，中心亮度高的光束光斑效果。当所述的散光镜的透镜移入主光轴光路时，所述散光镜，将对光路中的部分光线进行扩束，把光束中间相对集中的光线扩散到边缘光线较少的区域，原来相对聚焦的光束变得相对均匀，以散光镜后光路位置形成通光口径8-20mm的光斑，然后 光线通过花样组件8-20mm通光孔和变焦镜头组件投射出来，在成像面上形成整个成像光斑的效果相对均匀，即为所述的图案模式光斑效果。

所以，本发明通过驱动散光镜组件的驱动机构驱动散光镜的摆动或转入方式移入或移出光路，并配合花样组件和变焦镜头组件的成像，以实光斑均匀度的实时变化，达到非均匀光束效果和均匀光束效果。散光镜的选择性扩束光线，可有效避免光学积分器进行的多重微分和积分过程的低效性，方法简单有效，系统稳定，从而大大的提高了光的利用效率。

附图说明

图1是散光镜移入光路的均匀光束模式光路结构示意图。

图2是散光镜移出光路的非均匀光束模式光路结构示意图。

图3是散光镜的实施例的示意图。

图4是散光镜的工作原理示意图。

图中标注名称说明：1-光源；2-反光杯；3-散光镜组件；4-花样组件；5-变焦镜头组件；6-主光轴；7-光束光线密集区域；8-光束光线较少区域；31-散光镜曲面；32－散光镜切平面；33-散光镜边缘。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明作进一步说明。

如图1和图2所示，本发明公开一种用于改变光分布的舞台灯光学系统，其包括了位于同一主光轴方向上的能发出光线的光源1，反光杯2和花样组件4，其中所述的反光杯2为具有第一焦点和第二焦点的类椭球旋转曲面，所述的光源1设于反光杯2的第一焦点上，光源所辐射出来的光线经所述反光杯2后，聚焦于反光杯的第二焦点处，形成一具有一定发散角的光束；所述的花样组件4位于所述反光杯的第二焦点附近±12mm范围内，光线始于光源经由所述反光杯2反射后，聚焦于所述反光杯的第二焦点处附件的花样组件，然后由所述的变焦镜头组件5将光束投射到成像面，形成光束和图案的光斑效果。

本发明中，可以实现实时改变光分布的舞台灯光学系统关键之于所述的散光镜组件3，其设于反光杯2的第一焦点和第二焦点之间，散光镜组件可以通过相应的驱动机构控制可移入或移出所述主光轴6，散光镜的驱动机构包括驱动电机和连接支架，驱动电机的输出轴与连接支架的一端连接，散光镜组件则安装于连接支架的另一端，驱动电机即可带动连接支架以垂直于主光轴的平面上舞动、转动或移动移入或移出主光轴，以实现非均匀光束模式或均匀光束模式的光斑效果。

所述的散光镜组件3具体实施例示意图如图3所示，所述的散光间组件3为单个具有负焦距的透镜，等效焦距为-5mm～-50mm，透镜为一双凹镜，其结构形状组成包括散光镜曲面31，散光镜切平面32，散光镜边缘33，所述散光镜曲面31的双凹面为标准球面或者为非球面，又或者为球面与非球面的组合，且散光镜曲面的孔径A与B互不相等，旨在通过优化控制散光镜双曲面的曲率和曲面孔径A、B的设计，来实现实时改变光分布的问题。

所述散光镜3的工作原理如图4所示，光源1所发射的光线经反光杯2后，光线聚焦于反光杯的第二焦点处，形成具有一定发散角的光束，由于反光杯的设计特性，聚焦于反光杯第二焦点的光束均匀性较差，仅适合用来设计非均匀光束模式的舞台灯光斑效果。聚焦于反光杯2第二焦点的光线，光束的区域可划分为光束光线密集7和光束光线较少区域8，此光束的均匀性较差。根据第二焦点处的光线分布特性，优化设计散光镜的双曲面的曲率和曲面孔径A与B的相互配合，将光束中间的光线密集区域7通过散光镜选择性的扩散到光束光线较少区域8位置，以实现光束光线分布的改变，达到舞台灯的非均匀光束和均匀光束光斑模式的实时变化。

当所述的散光镜组件3移出主光轴时， 光源1所发出的光线经由反光杯聚焦于第二焦点处，形成6-12mm的光斑，然后经由花样组件6-12mm的通光孔，变焦镜头组件直接投射到成像面上，形成相对光线较集中，投射角度较小的非均匀光束光斑效果。

当所述的散光镜组件3移入主光轴时，光源1所发出的光线经由反光杯后，通过高于第一焦点和第二焦点之间的散光镜对光束进行选择性的扩散，把光束中间光线较密集的区域7扩散到光束光线较少区域8的位置，通过这种非光学积分器的手段，对经反光杯后的光线进行再次配光，以实现光分布的改善，以充满花样组件直径8-20mm通光口径，再经由变焦镜头组件投身到成像面上，形成均匀性较好，投射角度较大的均匀光束光斑效果。

很显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚明了地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于舞台灯本领域的普通技术人员来说，在上述的说明基础上还可以做出其他不同形式的变化或调整。在此无需也无法对所有的实施方式进行穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改，调整，等同替换或改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。