所述舞台灯光学系统还包括驱动第一光学组件2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2移入或移出主光轴。
[0032] 如图1所示，进一步的，所述光源的发光点设置在反光杯1的第一焦点F1处，光源 发出的光经反光杯1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1 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3,所述效果组件3可以是效 果盘。
[0033] 如图1所示，进一步的，所述第二光学组件4为出光镜头组，包括沿出光方向依次 设置的调焦镜头组41、放大镜头组42和固定镜头组43。
[0034] 如图5所不，本实施例中，所述第一光学组件2移入主光轴后，所述第一光学组件 2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1底端到第二焦点F2的距离。
[0035] 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。
[0036] 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。
[0037] 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。
[0038] 将上述&和S代入公式E = S B/S，可以得出参数c的表达式：
其中， A = 4 (E-l) f2tan (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。
[0039] 利用ZEMAX对上述参数的阵列透镜光学系统进行建模和仿真模拟，结果如图6-7 所示。当阵列透镜移出光路时，如图6,光斑面积最大峰值为2104. 59LUX，在A多85%时的 光强区域面积与光斑面积的比值E仅为40%左右，光通量为3338LM。当阵列透镜移进光路 时，如图7,光斑面积最大峰值为1543. 07时，在A多85 %时的光强区域面积与光斑面积的 比值E大约是95%以上，光通量为3298LM。由此可知均匀度得到大幅度提高，且从前后的 光通量可看出光损只有1. 2%左右。
[0040] 本实施例中，对于灯具的光斑效果来说，当第一光学组件2移出系统主光轴时，光 源经过反光杯1发出汇聚的光，通过效果组件3,再经过第二光学组件4后，形成的是中间光 束非常汇聚的光束效果；当第一光学组件2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，其通过效果组件3,再经过第二光学组件4后，将形成均匀 的光斑效果。
[0041] 图8所示为有第一光学组件2和没有第一光学组件2的舞台灯具光斑照度随光 斑直径的变化曲线，由图可以看出，当没有第一光学组件2时，光斑照度随光斑直径的变化 非常明显，靠近光斑中心点的附近的光斑照度和靠近光斑边缘点的光斑照度有着巨大的差 异，中心点附近的光斑照度极强，因此灯具会有明显的光束感；当有第一光学组件2时，光 斑照度随光斑直径的变化很平缓，光斑整体比较均匀，因此灯具会有均匀光斑效果。
[0042] 实施例2 本实施例在实施例1的基础上对第一光学组件进行了改进，其余结构与实施例1相同。
[0043] 如图9所示，本实施例所述第一光学组件为阵列透镜和透镜的组合，具体来说，包 括沿主光轴依次设置的第一凸透镜51、第一阵列透镜21、第二阵列透镜22和第二凸透镜 52〇
[0044] 同理，所述第一光学组件也可以是阵列透镜和阵列透镜的组合，即由若干个沿主 光轴依次设置的阵列透镜组成。
[0045] 显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚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。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还 可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在 本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要 求的保护范围之内。
【主权项】
1. 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 (1 )，其特征在于，所述舞台灯光学系统还包括设置在反光杯（1)的第一焦点Fl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)为单个阵列透镜或阵列透镜与透镜的 组合或阵列透镜与阵列透镜的组合。2. 根据权利要求1所述的舞台灯光学系统，其特征在于，所述舞台灯光学系统还包括 驱动第一光学组件（2)移入或移出主光轴的驱动装置。3. 根据权利要求2所述的舞台灯光学系统，其特征在于，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（2)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。4. 根据权利要求1所述的舞台灯光学系统，其特征在于，所述阵列透镜由若干紧密排 布的透镜单元组成，透镜单元为凸透镜单元或凹透镜单元。5. 根据权利要求4所述的舞台灯光学系统，其特征在于，所述透镜单元的纵向截面呈 正多边形。6. 根据权利要求5所述的舞台灯光学系统，其特征在于，所述透镜单元的纵向截面为 正六边形或方形。7. 根据权利要求1至6任一所述的舞台灯光学系统，其特征在于，所述第一光学组件 (2)到反光杯（1)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，O < c < I ;f表示反光杯（1)底端到第二焦点F2的距离。8. 根据权利要求7所述的舞台灯光学系统，其特征在于，所述参数变量c为0. 3~0. 4。9. 根据权利要求1至6任一所述的舞台灯光学系统，其特征在于，所述反光杯（1)的第 二焦点F2处设置有效果组件（3)。10. 根据权利要求1至6任一所述的舞台灯光学系统，其特征在于，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（4)包括沿出光方向依次设置的调焦镜头 组（41)、放大镜头组（42 )和固定镜头组（43 )。
【专利摘要】本发明涉及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，所述舞台灯光学系统还包括设置在反光杯的第一焦点和第二焦点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。它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，解决现有舞台灯光照明系统的光学效率和均匀性的矛盾，在光的损耗极低的情况下提高光斑均匀度。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，形成的是中间光束非常汇聚的光束；当光学组件移入主光轴时，将形成均匀的光斑效果。
【IPC分类】F21V5/04, F21W131/105, F21S8/00, F21W131/406
【公开号】CN105090830
【申请号】CN201510512130
【发明人】蒋伟楷
【申请人】广州市浩洋电子有限公司
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年8月19日