一種改善光斑均勻性的舞臺燈光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及舞臺燈具技術(shù)領(lǐng)域，更具體地涉及一種改善光斑均勻性的舞臺燈 光學(xué)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有的舞臺燈根據(jù)實現(xiàn)功能效果來可分為以下幾種類型的燈具：圖案燈、光束燈、 柔光燈。其中，圖案燈可投射光斑均勻、邊界感較強(qiáng)的圖案效果，光束燈則可實現(xiàn)光束效果， 而柔光燈則可實現(xiàn)光斑均勻的效果。這三種燈具類型通常都只能實現(xiàn)單一的燈光效果，要 達(dá)到多種燈光的效果，則需多種類型的多臺燈具一起結(jié)合使用才能實現(xiàn)，操作非常復(fù)雜。為 了解決這個問題，現(xiàn)有技術(shù)中也有提出能實現(xiàn)多種光束效果的燈具。
[0003] 中國專利CN201410089184. 3,公開了在光路中設(shè)置光學(xué)積分器組件（即導(dǎo)光體）， 通過花樣組件、光學(xué)積分器組件以及光源組件根據(jù)需要相互切換進(jìn)入或移出光路，以實現(xiàn) 圖案效果及光束效果的切換，這種方案雖能實現(xiàn)兩種效果的切換，但是通過導(dǎo)光體來實現(xiàn) 的，導(dǎo)光體是長方形的全反射結(jié)構(gòu)，且長度比較長，這樣會增加照明系統(tǒng)的物理長度，而且 也容易造成光損，另外，不同模式下的光源組件位置也要相對應(yīng)的作調(diào)整，操作比較復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實用新型為克服上述現(xiàn)有技術(shù)所述的至少一種缺陷，提供一種改善光斑均勻性 的舞臺燈光學(xué)系統(tǒng)，設(shè)計合理，方便實用，可以實現(xiàn)舞臺燈光束和光斑效果的切換。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是：一種改善光斑均勻性的舞 臺燈光學(xué)系統(tǒng)，包括沿主光軸依次設(shè)置的光源和反光杯，其中，所述舞臺燈光學(xué)系統(tǒng)還包括 設(shè)置在反光杯的第一焦點F1和第二焦點F2之間的第一光學(xué)組件，所述第一光學(xué)組件為單 個陣列透鏡或陣列透鏡與透鏡的組合或陣列透鏡與陣列透鏡的組合。
[0006] 進(jìn)一步的，陣列透鏡的結(jié)構(gòu)是以玻璃為襯底，在玻璃平面上布滿透鏡單元，透鏡單 元的縱向截面為正多邊形，優(yōu)選為正六邊形或者方形，透鏡單元鏡面曲率相同或者不同，且 每一個透鏡單元之間是緊密連接在一起的，相鄰?fù)哥R單元之間為無縫貼合。陣列透鏡能將 整個光束分成細(xì)光束并重新疊加，使光能量得到有效均勻利用，從而提高光斑的均勻度，經(jīng) 過鍍膜后的陣列透鏡透過率可以高達(dá)98 %以上，幾乎不損耗光的能量。
[0007] 陣列透鏡均勻照明的基本原理：光源發(fā)光，經(jīng)過反光杯匯聚，再經(jīng)過陣列透鏡的重 新積分整合。陣列透鏡將整個光束分為多個細(xì)光束，由于處于對稱位置細(xì)光束的相互疊加， 使細(xì)光束的微小不均勻性獲得補(bǔ)償，從而使整個孔徑內(nèi)的光能量得到有效均勻的利用。
[0008] 本實用新型中，所述舞臺燈光學(xué)系統(tǒng)還包括驅(qū)動第一光學(xué)組件移入或移出主光軸 的驅(qū)動裝置，所述驅(qū)動裝置包括驅(qū)動電機(jī)和驅(qū)動支架，驅(qū)動電機(jī)的輸出軸與驅(qū)動支架的一 端連接，第一光學(xué)組件安裝在驅(qū)動支架的另一端，驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動帶動驅(qū)動支架在垂直于主 光軸的平面上擺動，以此來實現(xiàn)第一光學(xué)組件移入或移出主光軸。
[0009] 所述第一光學(xué)組件移入主光軸后，所述第一光學(xué)組件到反光杯的第二焦點F2處 光束橫截面的距離h=cf，其中，c表示一個參數(shù)變量，Ο<c<1;f表示反光杯底端到第 二焦點F2的距離。
[0010] 光斑效果影響分析，定義參數(shù)如下：
[0011] 光強(qiáng)系數(shù)：Q=Ei/Em
[0012] 均勻度系數(shù)：E=SE/S
[0013]Ei表不光斑某點的光強(qiáng)；E"1表不光斑內(nèi)的峰值光強(qiáng)；S表不第二焦點F2處的光束 橫截面上光斑的總面積；SE表示光斑內(nèi)Q多0. 85區(qū)域的面積，對Q多0. 85區(qū)域定義為均勻 光區(qū)域，即光斑的均勾部分，在同一光斑內(nèi)，Q越大表不該處的光強(qiáng)越大；E越大，表不該處 光斑內(nèi)光能分布的均勻性越好。
[0014] 第二焦點F2處的光束橫截面上的光斑面積S和均勻光斑面積SE可表示如下：
[0015] S= (2h*tan(a/2)+W) (2h*tan(b/2)+L)
[0016] SE= (2h*tan(a/2) -W) (2h*tan(b/2) -L)
[0017] 式中：a和b分別表示陣列透鏡陣列中每個透鏡單元出射光在X和Y方向的發(fā)散 角，L和W分別為陣列透鏡在坐標(biāo)軸X和Y方向的尺寸。
[0018] 將h=cf帶入上式，得出2個公式：
[0019] S= (2cf*tan(a/2) +ff) (2cf*tan(b/2) +L)
[0020] SE= (2cf*tan(a/2)_W) (2cf*tan(b/2)_L)
[0021] 由上式二次函數(shù)關(guān)系，可知隨著距離h的增加，光斑整體面積S和均勻部分面積SE 都會隨之增大，由于陣列透鏡的邊長L和W是固定不變的，均勻度系數(shù)E($和S的比值）會 隨第一光學(xué)組件到反光杯第二焦點F2處光束橫截面的距離h的增加而增大。
[0022] 將上述S#PS代入公式E=SR/S，可以得出參數(shù)c的表達(dá)式：
[0023]
[0024] 其中，
[0025] A= 4 (E-l)f2tan(a/2)*tan(b/2)
[0026] B= 2f(E+l) *[Ltan(a/2)+Wtan(b/2)]
[0027] D=WL(E-l)
[0028] 知道陣列透鏡的尺寸大小和透鏡單元的曲率，再給出均勻度系數(shù)E的目標(biāo)值，那 么我們就可以求出參數(shù)c，經(jīng)過推導(dǎo)計算，得出參數(shù)變量c的最佳值為0. 3~0. 4,此時光強(qiáng) 照度和均勻性將達(dá)到一個均衡的效果。
[0029] 本實用新型中，所述光源的發(fā)光點設(shè)置在反光杯的第一焦點F1處，光源發(fā)出的光 經(jīng)反光杯橢球面反射后的光線匯聚于反光杯的第二焦點F2處。所述反光杯的第二焦點F2 處或反光杯的第二焦點F2附近設(shè)置有效果組件。
[0030]進(jìn)一步的，所述舞臺燈光學(xué)系統(tǒng)還包括第二光學(xué)組件（4)，所述第二光學(xué)組件為出 光鏡頭組，包括沿出光方向依次設(shè)置的調(diào)焦鏡頭組、放大鏡頭組和固定鏡頭組。
[0031] 同現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果在于：
[0032] 由于第一光學(xué)組件能將整個光束分成細(xì)光束并重新疊加，使光能量得到有效均勻 利用，提高光斑的均勻度，且第一光學(xué)組件可通過驅(qū)動機(jī)構(gòu)移入或移出光路，當(dāng)?shù)谝还鈱W(xué)組 件移出系統(tǒng)主光軸時，光源經(jīng)過反光杯發(fā)出匯聚的光，通過效果組件，再經(jīng)過第二光學(xué)組件 后，形成的是光斑中心位置能量非常集中的光束；當(dāng)?shù)谝还鈱W(xué)組件移入主光軸時，經(jīng)過陣列 透鏡的光將重新積分匯聚到反光杯的第二焦點F2上，通過效果組件，再經(jīng)過第二光學(xué)組件 后，將形成能量分布均勾的光束。
[0033]由于陣列透鏡每一個透鏡單元之間是緊密連接在一起的，相鄰?fù)哥R單元之間無縫 連接，經(jīng)過鍍膜后的陣列透鏡透過率可以高達(dá)98%以上，所以不會損耗光的能量。并且陣列 透鏡是透過傳播，所以可以改變其里面的透鏡單元的焦距，使與反光杯的第二個焦點重合， 所以不會增加系統(tǒng)的物理長度。
【附圖說明】
[0034] 圖1是光路原理結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035] 圖2是陣列透鏡模型結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036] 圖3是圖2中P-P截面示意圖。
[0037] 圖4是圖2中G的局部放大示意圖。
[0038] 圖5是第一光學(xué)組件在光路中的位置示意圖。
[0039] 圖6是無陣列透鏡時的光強(qiáng)模擬圖。
[0040] 圖7是有陣列透鏡時的光強(qiáng)模擬圖。
[0041] 圖8是燈具光斑照度&光斑直徑曲線圖，其中曲線A為未經(jīng)過陣列透鏡前光斑分 布圖，曲線B為經(jīng)過陣列透鏡后的光斑分布圖。
[0042] 圖9是本實用新型實施例2的結(jié)構(gòu)原理圖。
【具體實施方式】
[0043]附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；為了更好說明本實施例，附 圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實際產(chǎn)品的尺寸；對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說， 附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解的。附圖中描述位置關(guān)系僅用于示例性 說明，不能理解為對本專利的限制。
[0044] 實施例1
[0045] 如圖1所示，一種改善光斑均勻性的舞臺燈光學(xué)系統(tǒng)，包括沿主光軸依次設(shè)置的 光源、反光杯1和第二光學(xué)組件4,其中，所述舞臺燈光學(xué)系統(tǒng)還包括設(shè)置在反光杯1的第一 焦點F1和第二焦點F2之間的第一光學(xué)組件2,所述第一光學(xué)組件2為單個陣列透鏡。
[0046]如圖2-4所示，陣列透鏡的結(jié)構(gòu)是以玻璃為襯底，在玻璃平面上布滿透鏡單元，透 鏡單元為凸透鏡單元，透鏡單元的縱向截面為正多邊形，優(yōu)選為正六邊形或者方形，透鏡單 元鏡面曲率相同或者不同，且每一個透鏡單元之間是緊密連接在一起的，相鄰?fù)哥R單元之 間為無縫貼合。陣列透鏡能將整個光束分成細(xì)光束并重新疊加，使光能量得到有效均勻利 用，從而提高光斑的均勻度，經(jīng)過鍍膜后的陣列透鏡透過率可以高達(dá)98%以上，幾乎不損耗 光的能量。
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