一种改善光斑均匀性的舞台灯光学系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及舞台灯具技术领域，更具体地涉及一种改善光斑均匀性的舞台灯光学 系统。
【背景技术】
[0002] 现有的舞台灯根据实现功能效果来可分为以下几种类型的灯具：图案灯、光束灯、 柔光灯。其中，图案灯可投射光斑均匀、边界感较强的图案效果，光束灯则可实现光束效果， 而柔光灯则可实现光斑均匀的效果。这三种灯具类型通常都只能实现单一的灯光效果，要 达到多种灯光的效果，则需多种类型的多台灯具一起结合使用才能实现，操作非常复杂。为 了解决这个问题，现有技术中也有提出能实现多种光束效果的灯具。
[0003] 中国专利CN201410089184. 3,公开了在光路中设置光学积分器组件（即导光体）， 通过花样组件、光学积分器组件以及光源组件根据需要相互切换进入或移出光路，以实现 图案效果及光束效果的切换，这种方案虽能实现两种效果的切换，但是通过导光体来实现 的，导光体是长方形的全反射结构，且长度比较长，这样会增加照明系统的物理长度，而且 也容易造成光损，另外，不同模式下的光源组件位置也要相对应的作调整，操作比较复杂。
【发明内容】
[0004] 本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种改善光斑均匀性的舞 台灯光学系统，设计合理，方便实用，可以实现舞台灯光束和光斑效果的切换。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种改善光斑均匀性的舞台灯 光学系统，包括沿主光轴依次设置的光源和反光杯，其中，所述舞台灯光学系统还包括设置 在反光杯的第一焦点F1和第二焦点F2之间的第一光学组件，所述第一光学组件为单个阵 列透镜或阵列透镜与透镜的组合或阵列透镜与阵列透镜的组合。
[0006] 进一步的，阵列透镜的结构是以玻璃为衬底，在玻璃平面上布满透镜单元，透镜单 元的纵向截面为正多边形，优选为正六边形或者方形，透镜单元镜面曲率相同或者不同，且 每一个透镜单元之间是紧密连接在一起的，相邻透镜单元之间为无缝贴合。阵列透镜能将 整个光束分成细光束并重新叠加，使光能量得到有效均匀利用，从而提高光斑的均匀度，经 过镀膜后的阵列透镜透过率可以高达98 %以上，几乎不损耗光的能量。
[0007] 阵列透镜均匀照明的基本原理：光源发光，经过反光杯汇聚，再经过阵列透镜的重 新积分整合。阵列透镜将整个光束分为多个细光束，由于处于对称位置细光束的相互叠加， 使细光束的微小不均匀性获得补偿，从而使整个孔径内的光能量得到有效均匀的利用。
[0008] 本发明中，所述舞台灯光学系统还包括驱动第一光学组件移入或移出主光轴的驱 动装置，所述驱动装置包括驱动电机和驱动支架，驱动电机的输出轴与驱动支架的一端连 接，第一光学组件安装在驱动支架的另一端，驱动电机转动带动驱动支架在垂直于主光轴 的平面上摆动，以此来实现第一光学组件移入或移出主光轴。
[0009] 所述第一光学组件移入主光轴后，所述第一光学组件到反光杯的第二焦点F2处 光束横截面的距离h = cf，其中，c表示一个参数变量，0 < c < 1 ;f表示反光杯底端到第 二焦点F2的距离。
[0010] 光斑效果影响分析，定义参数如下： 光强系数：Q = Ei/Em 均匀度系数：E = SE/S 已;表不光斑某点的光强；E "1表不光斑内的峰值光强；S表不第二焦点F2处的光束横截 面上光斑的总面积；3[；表不光斑内Q多0. 85区域的面积，对Q多0. 85区域定义为均勾光区 域，即光斑的均勾部分，在同一光斑内，Q越大表不该处的光强越大；E越大，表不该处光斑 内光能分布的均匀性越好。
[0011] 第二焦点F2处的光束横截面上的光斑面积S和均匀光斑面积SE可表示如下： S = (2h*tan(a/2)+W) (2h*tan(b/2)+L) SE= (2h*tan(a/2)_W) (2h*tan(b/2)_L) 式中：a和b分别表示阵列透镜阵列中每个透镜单元出射光在X和Y方向的发散角，L 和W分别为阵列透镜在坐标轴X和Y方向的尺寸。
[0012] 将h = cf带入上式，得出2个公式： S = (2cf*tan(a/2)+W) (2cf*tan(b/2)+L) SE= (2cf*tan(a/2)_W) (2cf*tan(b/2)_L) 由上式二次函数关系，可知随着距离h的增加，光斑整体面积S和均匀部分面积&都 会随之增大，由于阵列透镜的边长L和W是固定不变的，均匀度系数E ($和S的比值）会 随第一光学组件到反光杯第二焦点F2处光束横截面的距离h的增加而增大。
[0013] 将上述S#P S代入公式E = S R/S，可以得出参数c的表达式：
其中， A = 4(E-l)f 2tan (a/2) *tan (b/2) B = 2f(E+l)*[Ltan(a/2)+Wtan(b/2)] D = WL(E-l) 知道阵列透镜的尺寸大小和透镜单元的曲率，再给出均匀度系数E的目标值，那么我 们就可以求出参数c，经过推导计算，得出参数变量c的最佳值为0. 3~0. 4,此时光强照度 和均匀性将达到一个均衡的效果。
[0014] 本发明中，所述光源的发光点设置在反光杯的第一焦点F1处，光源发出的光经反 光杯椭球面反射后的光线汇聚于反光杯的第二焦点F2处。所述反光杯的第二焦点F2处或 反光杯的第二焦点F2附近设置有效果组件。
[0015] 进一步的，所述舞台灯光学系统还包括第二光学组件（4)，所述第二光学组件为出 光镜头组，包括沿出光方向依次设置的调焦镜头组、放大镜头组和固定镜头组。
[0016] 同现有技术相比，本发明的有益效果在于： 由于第一光学组件能将整个光束分成细光束并重新叠加，使光能量得到有效均匀利 用，提高光斑的均匀度，且第一光学组件可通过驱动机构移入或移出光路，当第一光学组件 移出系统主光轴时，光源经过反光杯发出汇聚的光，通过效果组件，再经过第二光学组件 后，形成的是光斑中心位置能量非常集中的光束；当第一光学组件移入主光轴时，经过阵列 透镜的光将重新积分汇聚到反光杯的第二焦点F2上，通过效果组件，再经过第二光学组件 后，将形成能量分布均勾的光束。
[0017] 由于阵列透镜每一个透镜单元之间是紧密连接在一起的，相邻透镜单元之间无缝 连接，经过镀膜后的阵列透镜透过率可以高达98%以上，所以不会损耗光的能量。并且阵列 透镜是透过传播，所以可以改变其里面的透镜单元的焦距，使与反光杯的第二个焦点重合， 所以不会增加系统的物理长度。
【附图说明】
[0018] 图1是光路原理结构示意图。
[0019] 图2是阵列透镜模型结构示意图。
[0020] 图3是图2中P-P截面示意图。
[0021] 图4是图2中G的局部放大示意图。
[0022] 图5是第一光学组件在光路中的位置示意图。
[0023] 图6是无阵列透镜时的光强模拟图。
[0024] 图7是有阵列透镜时的光强模拟图。
[0025] 图8是灯具光斑照度&光斑直径曲线图，其中曲线A为未经过阵列透镜前光斑分 布图，曲线B为经过阵列透镜后的光斑分布图。
[0026] 图9是本发明实施例2的结构原理图。
[0027]
【具体实施方式】
[0028] 附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附 图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说， 附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性 说明，不能理解为对本专利的限制。
[0029] 实施例1 如图1所示，一种改善光斑均匀性的舞台灯光学系统，包括沿主光轴依次设置的光源、 反光杯1和第二光学组件4,其中，所述舞台灯光学系统还包括设置在反光杯1的第一焦点 F1和第二焦点F2之间的第一光学组件2,所述第一光学组件2为单个阵列透镜。
[0030] 如图2-4所示，阵列透镜的结构是以玻璃为衬底，在玻璃平面上布满透镜单元，透 镜单元为凸透镜单元，透镜单元的纵向截面为正多边形，优选为正六边形或者方形，透镜单 元镜面曲率相同或者不同，且每一个透镜单元之间是紧密连接在一起的，相邻透镜单元之 间为无缝贴合。阵列透镜能将整个光束分成细光束并重新叠加，使光能量得到有效均匀利 用，从而提高光斑的均匀度，经过镀膜后的阵列透镜透过率可以高达98%以上，几乎不损耗 光的能量。
[0031] 本实施例中，