一種用于實時改變光分布的舞臺燈光學系統(tǒng)的制作方法

背景技術：

隨著科學技術的發(fā)展，舞臺的發(fā)展對舞臺燈領域提出越來越高的技術要求，對光的質量要求越來越高，燈具的用法提出了更細的分類。目前舞臺燈領域使用最廣泛的功能性燈具主要分為三種，分別為：圖案燈、光束燈、柔光燈。圖案燈可投射較均勻的光斑，投射圖案分辨率較高，投射光斑角度較大并多可實現(xiàn)光斑角度的變焦縮放，主要用于預制舞臺的各種場景，如閃電、森林的陽光、火焰等效果。光束燈的投射角度較小，中心亮度較高，空中穿透力強，光束邊緣截止明顯，并主要用于舞臺空間的分割以形成視覺的立體變換效果，如城市地標的夜景。而柔光燈則以較柔和，無顯明邊界的光斑對舞臺場景進行照明，補光，渲染感情色彩等級，如高色溫感覺激昂，低色溫渲染溫暖氣氛。這樣，由于燈具性能單一的局限性，復雜多變的舞臺場景，往往需要頻繁更換不同類型的燈具來實現(xiàn)不同的效果，操作起來極其復雜。

而為解決此問題，舞臺燈行業(yè)提出了多種燈具合一的設計思路概念，即一款燈具可以同時實現(xiàn)圖案和光束，或光束和柔光，或圖案、光束和柔光等多種組合性能一體化的設計。由于舞臺技術的高速發(fā)展，使這種設計的理念得以實現(xiàn)。

通過專利檢索發(fā)現(xiàn)，目前公開的多個涉及光束、圖案和柔光多合一的設計方案當中，均是采用光學積分器手段來實現(xiàn)圖案和光束之間對光斑均勻度的變換，如光學霧化片，光學積分器導光棒或微透鏡陣列結構等，采用此類方法的缺點是結構相對復雜，成本較高，光學效率低。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術方案所述的至少一種缺陷，提供一種能實時改變光分布的舞臺光學系統(tǒng)，提出一種相對結構簡單，設計合理，方便實用，可以很好的實現(xiàn)實時地改變舞臺燈光分布的光學系統(tǒng)，可以實現(xiàn)多種舞臺燈的效果。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過以下技術方案來實現(xiàn)的：一種用于改變光分布的舞臺燈光學系統(tǒng)，主要包括沿主光軸依次設置的光源，反光杯和變焦鏡頭組件，其中所述的舞臺燈光學系統(tǒng)還包括設置于反光杯第一焦點和第二焦點之間的散光鏡組件，所述的散光鏡組件為單個負透鏡或負透鏡與負透鏡的組合。

進一步的，所述散光鏡組件為單個具有負焦距的透鏡，或負透鏡與負透鏡的膠合，更具體地，這些負透鏡可以為雙凹鏡或平凹鏡，所述散光鏡焦距或組合焦距范圍為-5mm～-50mm。

更進一步的，關于所述雙凹鏡或平凹鏡的面形和曲率，可以為標準球面或非球面，或為球面與非球面的組合，雙凹鏡的兩曲面曲率可以為相等或不相等。關于雙凹鏡的兩曲面的孔徑亦可為相等或不相等。關于所述的雙凹鏡或平凹鏡的雙面及切平面處為透明光學平面或透射式的霧化面，或為透明與霧化面的組合。

本發(fā)明方案的原理，通過優(yōu)化設計所述的散光鏡組件的參數(shù)和在系統(tǒng)的位置，巧妙地利用散光鏡對所述的光學系統(tǒng)中光源和反光杯所出射的光線進行選擇性的擴散，把光斑中心光線分布較集中的光線進行擴束到光斑邊緣光線相對較少的區(qū)域上，以達到從光線相對集中，中心亮度高到光斑相對均勻的變換效果。

更具體地，所述的光源設置于反光杯的第一焦點處，光源發(fā)出的光線經(jīng)反光杯后，聚焦于反光杯的第二焦點處，花樣組件亦設置于反光杯的第二焦點處或附近±12mm內(nèi)，光線經(jīng)反光杯、花樣組件后由變焦距鏡頭組件成像投射光束。

當所述設于第一焦點和第二焦點之間的散光鏡組件移出于主光軸光路之外時，此明光線由光源發(fā)出經(jīng)反光杯后在第二焦點位置形成光線相對較集中，直徑約6-12mm的光斑，經(jīng)由花樣組件6-12mm通光孔、變焦透鏡組件投射出來后形成光線集中，中心亮度高的光束光斑效果。當所述的散光鏡的透鏡移入主光軸光路時，所述散光鏡，將對光路中的部分光線進行擴束，把光束中間相對集中的光線擴散到邊緣光線較少的區(qū)域，原來相對聚焦的光束變得相對均勻，以散光鏡后光路位置形成通光口徑8-20mm的光斑，然后 光線通過花樣組件8-20mm通光孔和變焦鏡頭組件投射出來，在成像面上形成整個成像光斑的效果相對均勻，即為所述的圖案模式光斑效果。

所以，本發(fā)明通過驅動散光鏡組件的驅動機構驅動散光鏡的擺動或轉入方式移入或移出光路，并配合花樣組件和變焦鏡頭組件的成像，以實光斑均勻度的實時變化，達到非均勻光束效果和均勻光束效果。散光鏡的選擇性擴束光線，可有效避免光學積分器進行的多重微分和積分過程的低效性，方法簡單有效，系統(tǒng)穩(wěn)定，從而大大的提高了光的利用效率。

附圖說明

圖1是散光鏡移入光路的均勻光束模式光路結構示意圖。

圖2是散光鏡移出光路的非均勻光束模式光路結構示意圖。

圖3是散光鏡的實施例的示意圖。

圖4是散光鏡的工作原理示意圖。

圖中標注名稱說明：1-光源；2-反光杯；3-散光鏡組件；4-花樣組件；5-變焦鏡頭組件；6-主光軸；7-光束光線密集區(qū)域；8-光束光線較少區(qū)域；31-散光鏡曲面；32－散光鏡切平面；33-散光鏡邊緣。

具體實施方式

下面結合具體的實施例對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明公開一種用于改變光分布的舞臺燈光學系統(tǒng)，其包括了位于同一主光軸方向上的能發(fā)出光線的光源1，反光杯2和花樣組件4，其中所述的反光杯2為具有第一焦點和第二焦點的類橢球旋轉曲面，所述的光源1設于反光杯2的第一焦點上，光源所輻射出來的光線經(jīng)所述反光杯2后，聚焦于反光杯的第二焦點處，形成一具有一定發(fā)散角的光束；所述的花樣組件4位于所述反光杯的第二焦點附近±12mm范圍內(nèi)，光線始于光源經(jīng)由所述反光杯2反射后，聚焦于所述反光杯的第二焦點處附件的花樣組件，然后由所述的變焦鏡頭組件5將光束投射到成像面，形成光束和圖案的光斑效果。

本發(fā)明中，可以實現(xiàn)實時改變光分布的舞臺燈光學系統(tǒng)關鍵之于所述的散光鏡組件3，其設于反光杯2的第一焦點和第二焦點之間，散光鏡組件可以通過相應的驅動機構控制可移入或移出所述主光軸6，散光鏡的驅動機構包括驅動電機和連接支架，驅動電機的輸出軸與連接支架的一端連接，散光鏡組件則安裝于連接支架的另一端，驅動電機即可帶動連接支架以垂直于主光軸的平面上舞動、轉動或移動移入或移出主光軸，以實現(xiàn)非均勻光束模式或均勻光束模式的光斑效果。

所述的散光鏡組件3具體實施例示意圖如圖3所示，所述的散光間組件3為單個具有負焦距的透鏡，等效焦距為-5mm～-50mm，透鏡為一雙凹鏡，其結構形狀組成包括散光鏡曲面31，散光鏡切平面32，散光鏡邊緣33，所述散光鏡曲面31的雙凹面為標準球面或者為非球面，又或者為球面與非球面的組合，且散光鏡曲面的孔徑A與B互不相等，旨在通過優(yōu)化控制散光鏡雙曲面的曲率和曲面孔徑A、B的設計，來實現(xiàn)實時改變光分布的問題。

所述散光鏡3的工作原理如圖4所示，光源1所發(fā)射的光線經(jīng)反光杯2后，光線聚焦于反光杯的第二焦點處，形成具有一定發(fā)散角的光束，由于反光杯的設計特性，聚焦于反光杯第二焦點的光束均勻性較差，僅適合用來設計非均勻光束模式的舞臺燈光斑效果。聚焦于反光杯2第二焦點的光線，光束的區(qū)域可劃分為光束光線密集7和光束光線較少區(qū)域8，此光束的均勻性較差。根據(jù)第二焦點處的光線分布特性，優(yōu)化設計散光鏡的雙曲面的曲率和曲面孔徑A與B的相互配合，將光束中間的光線密集區(qū)域7通過散光鏡選擇性的擴散到光束光線較少區(qū)域8位置，以實現(xiàn)光束光線分布的改變，達到舞臺燈的非均勻光束和均勻光束光斑模式的實時變化。

當所述的散光鏡組件3移出主光軸時， 光源1所發(fā)出的光線經(jīng)由反光杯聚焦于第二焦點處，形成6-12mm的光斑，然后經(jīng)由花樣組件6-12mm的通光孔，變焦鏡頭組件直接投射到成像面上，形成相對光線較集中，投射角度較小的非均勻光束光斑效果。

當所述的散光鏡組件3移入主光軸時，光源1所發(fā)出的光線經(jīng)由反光杯后，通過高于第一焦點和第二焦點之間的散光鏡對光束進行選擇性的擴散，把光束中間光線較密集的區(qū)域7擴散到光束光線較少區(qū)域8的位置，通過這種非光學積分器的手段，對經(jīng)反光杯后的光線進行再次配光，以實現(xiàn)光分布的改善，以充滿花樣組件直徑8-20mm通光口徑，再經(jīng)由變焦鏡頭組件投身到成像面上，形成均勻性較好，投射角度較大的均勻光束光斑效果。

很顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為了清楚明了地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于舞臺燈本領域的普通技術人員來說，在上述的說明基礎上還可以做出其他不同形式的變化或調整。在此無需也無法對所有的實施方式進行窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改，調整，等同替換或改進等，均應包含在本發(fā)明權利要求的保護范圍之內(nèi)。