一种具有超构透镜的舞台灯的制作方法

1.本实用新型涉及舞台灯具设备技术领域，尤其是涉及一种具有超构透镜的舞台灯。


背景技术：

2.现有的光学原理中，不同颜色的波长不同，每种波长穿过同样的材料的速度存在差异，从而导致不同的颜色不能同时到达相同的位置，最终导致产生的图像具有色差，此种现象称为失真，失真现象带来色模糊会严重降低成像质量。现有技术中为了降低失真程度，多数设备采用多个不同厚度或材料的曲面透镜进行堆叠，通过不同波长经过不同材质、不同曲率的透镜时的速度变化，实现失真校正，导致设备光路复杂，透镜系统庞大笨重，舞台灯体积加大。
3.随着舞台灯领域发展，体积更小重量更轻的舞台灯逐渐成为主流，因此若要缩小舞台灯体积，就需要设计出更薄、更紧凑的成像系统。但在要缩小成像系统，则可能出现由于焦距过短出现失真、成像不清晰等现象，不利于舞台灯具的设计需求。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出了一种具有超构透镜的舞台灯，解决舞台灯具设备存在的光路复杂、成像质量差、结构体积大的技术问题。
5.本实用新型提供一种具有超构透镜的舞台灯，包括灯头、位于所述灯头内的产生具有主光轴光束的光源，以及与所述灯头枢接并支撑所述灯头的支撑架，所述灯头具有对光束发散角进行限定的超构透镜与出光口，所述出光口固定有出光镜头，所述超构透镜包括衬底和设置于所述衬底上的多个纳米柱，且所述超构透镜与所述主光轴同轴，所述光源发出的光束经过所述纳米柱改变角度后自所述出光口射出。
6.根据本实用新型提供的一种具有超构透镜的舞台灯，所述超构透镜为平面镜。
7.根据本实用新型提供的一种具有超构透镜的舞台灯，所述超构透镜通过光刻工艺制成。
8.根据本实用新型提供的一种具有超构透镜的舞台灯，还包括用于承载所述超构透镜的支撑载体，所述超构透镜通过所述支撑载体固定于舞台灯内。
9.根据本实用新型提供的一种具有超构透镜的舞台灯，所述灯头具有对光束进行限定的效果组件。
10.根据本实用新型提供的一种具有超构透镜的舞台灯，所述效果组件为对光束进行造型限定的图案片、用以对光束进行分光的分光镜、用于过滤颜色的滤色片、雾化片。
11.根据本实用新型提供的一种具有超构透镜的舞台灯，还包括将所述光束汇聚成平行光的准直透镜组，所述准直透镜组包括至少一个所述超构透镜。
12.根据本实用新型提供的一种具有超构透镜的舞台灯，还包括将经准直处理后的所
述光束汇聚在焦平面的聚光透镜，所述聚光透镜为所述超构透镜。
13.根据本实用新型提供的一种具有超构透镜的舞台灯，还包括调焦放大组，所述光束经过所述调焦放大组后进入出光镜头，所述调焦放大组包括至少一个所述超构透镜。
14.根据本实用新型提供的一种具有超构透镜的舞台灯，所述出光镜头为超构透镜。
15.根据本实用新型的一种具有超构透镜的舞台灯，超构透镜可以设置在成像系统中的任意位置。超构透镜具有二氧化钛薄膜阵列，用于聚焦光波长，通过调整这些阵列的纳米柱的高度、形状、宽度、距离以及重新配对达到控制折射率的目的，另外，通过摆放纳米柱角度的调控能实现对相位的调控。这样，就能在同一时间让所有光的波长在同一时间到达焦点。同时使用纳米结构聚焦光的平坦表面，使得超构透镜的重量及厚度相较于传统透镜都大大减小，从而相较常规的镜头透镜具有更薄，更轻，消除色散等特点。同时，将超构透镜应用在舞台灯中也能使得成像系统更小，在减少畸变的前提下实现聚焦光线的能力提升。
16.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1是本实用新型具有超构透镜的舞台灯的整体结构示意图。
19.图2是本实用新型具有超构透镜的舞台灯的光路结构示意图，其中透镜组件包括多个超构透镜。
20.图3本实用新型的超构透镜的结构示意图。
21.附图标记：
22.灯头100，光源110，衬底121，纳米柱122，焦平面130，出光口140，出光镜头142，支撑载体143，准直透镜组144，调焦放大组 146，支撑架200。
具体实施方式
23.需要说明的是，为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
24.下面参考图1-图3描述根据本实用新型实施例的一种具有超构透镜的舞台灯。
25.具体而言，一种具有超构透镜的舞台灯包括灯头100、位于灯头 100内的产生具有主光轴光束的光源110，以及与灯头100枢接并支撑灯头100的支撑架200，灯头100具有对光束发散角进行限定的超构透镜与出光口140，出光口140固定有出光镜头142，超构透镜与主光轴同轴，光源110发出的光束经过纳米柱122改变角度后自出光口140射出。光源110可以为led。在一些示例中，出光镜头142 为超构透镜。
26.超构透镜包括衬底121和设置于衬底121上的多个纳米柱122，多个纳米柱122位于衬底121朝向光路通道的出光端侧。可以通过光刻技术在膜体的一侧表面加工出多个纳米柱122，也即构造出超构表面。可以通过利用光刻技术加工获得纳米柱122，可以在光刻工艺中获得需要的纳米柱122的尺寸和方向，建立配对的超构透镜的纳米薄膜，同时控制不同波长光的速度。配对的纳米薄膜可以控制超构表面上的折射率，同时通过将两个的纳米薄膜结合成一个元素，来协调不同时间延迟的光线通过不同的超构透镜，确保所有波长的光同时到达焦点。通过使用配对的超构透镜，均匀聚焦不同波长的光线并消除色差，可以大大减少透镜的厚度和设计的复杂度。
27.根据本实用新型实施例的具有超构透镜的舞台灯，与传统透镜相比，得益于超构透镜的表面的光学纳米材料平面，超构透镜的重量及厚度都大大减小，超构透镜的表面的纳米结构形成特定的重复模式时能模拟折射光线的复杂曲率，从而相较常规的光学透镜具有更薄，更轻，消除色散等特点。同时，将超构透镜应用在舞台灯中也能使得成像系统更小，在减少畸变的前提下实现聚焦光线的能力提升。
28.根据本实用新型的一些实施例，超构透镜可以为平面镜。这样，平面镜的结构可以设计成更小的结构，可以进一步缩小舞台灯的体积。根据本实用新型提供的一种具有超构透镜的舞台灯，超构透镜通过光刻工艺制成。由此可以大大缩短加工周期，简化加工步骤。
29.超构透镜的超构表面设计可以由具有不同旋转角度的相同人工微结构构成的超构表面。它可通过简单地改变微纳结构的旋转角度，实现光波的相位突变，从而实现对相位梯度或分布的人工控制，因此极大地降低了光路系统设计的复杂性。此外，超构表面的设计让超构透镜具有了高数值孔径，而孔径角越大，进入透镜的光通量就越大，因此使得收光率越高。
30.超构透镜的超构表面设计允许将常规折射光学器件小型化为平面结构，可以设计成更大收光效率的透镜模组。需要说明的是，在光学系统中运用至少一片的超构透镜，可以将厚度做到普通镜片薄10万倍以上，并且可以颠覆传统光学系统中繁琐的透镜组，从而可以达到将舞台灯灯具做到更薄，更轻，更小的效果。超构透镜的特性取决于如何合理设计纳米柱122的排列组合。通过设计纳米柱122的排列组合，改变纳米柱122的高度、宽度和偏离主光轴角度，可以实现焦距的改变。
31.如图2所示，具有超构透镜的舞台灯还包括用于承载超构透镜的支撑载体143，超构透镜通过支撑载体143固定于舞台灯内。由此，可以保护超构透镜以及提升超构透镜与舞台灯的连接稳定性。
32.根据本实用新型的一些实施例，灯头100具有对光束进行限定的效果组件。具体地，效果组件为对光束进行造型限定的图案片、用以对光束进行分光的分光镜、用于过滤颜色的滤色片、雾化片。需要说明的是，图案片可以是一种薄膜塑胶或玻璃片。当然，效果组件也可以是或金属片，例如，效果组件为铜制铜片或不锈钢片。简单来说，效果组件上面可以刻有镂空的图案，当光源110光经由效果组件投射出去的时候，由于光线已经经过了效果组件上不规则图形的切割，于是便形成与效果组件上图案一模一样的图形，并照射在地板或其它物品上。而安装在舞台灯上的效果组件，可以射出的各式各样的图案花样、投影文字或者所需圆形或矩形。
33.根据本实用新型的一些实施例，舞台灯还可以包括将光束汇聚成平行光的准直透
镜组144、将经准直处理后的光束汇聚在焦平面130 的聚光透镜、以及调焦放大组146，光束经过调焦放大组146后进入出光镜头142。其中，准直透镜组144包括至少一个超构透镜。当然，聚光透镜也可以为超构透镜。进一步地，调焦放大组146包括至少一个超构透镜。
34.相关技术中的玻璃镜片需要通过多个镜片堆叠实现，从而形成的光学系统非常大。但是超构透镜为平面透镜，体积更小，再配对后可以实现将整个可见光光谱(包括白光)集中在同一位置，并在高分辨率下聚焦。此外，相关技术中的镜片须手工精确抛光，且任何装配误差都会使透镜的性能下降，而超构透镜可以通过一道光刻的工艺即可完成制造，由此可以大大缩短加工周期，简化加工步骤。
35.根据本实用新型的一些实施例，超构透镜可以为多个。例如，超构透镜可以为三个，且三个超构透镜的光轴共线。再如，超构透镜可以为四个，四个超构透镜的光轴共线。进一步地，多个超构透镜的径向尺寸不相同，这样可以灵活调整成像的焦点位置。
36.根据本实用新型实施例的舞台灯，应用了超构透镜的舞台灯光学系统，超构透镜可以设置在成像系统中的任意位置。与传统透镜相比，得益于超构透镜的表面的光学纳米材料平面，超构透镜的重量及厚度都大大减小，超构透镜的表面的亚波长纳米结构形成特定的重复模式时能模拟折射光线的复杂曲率，从而相较常规的镜头透镜具有更薄，更轻，消除色散程度更高等特点。同时，将超构透镜应用在舞台灯中，在减少畸变的前提下，能使得舞台灯的成像系统更小。
37.下面参照图1-图3以多个实施例详细描述根据本实用新型实施例的舞台灯。值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对本实用新型的具体限定。
38.实施例1
39.在该实施例中，舞台灯包括光源110、超构透镜和效果组件。具体而言，光源110可以为led，光源110位于光路通道的入光端侧，超构透镜位于光路通道内，图案片设于光路通道内，用于限定投影形状。
40.需要说明的是，准直透镜组具有准直透镜与收光镜，其中收光镜为超构透镜，led的发散光通过收光镜之后，汇聚到焦平面130，形成一定角度的光学系统。超构表面的设计可以使收光镜具有了高数值孔径，可以设计出具有更大收光效率的收光镜组件。
41.实施例2
42.与实施例1不同的是，在该实施例中，调焦放大组146包括多个超构透镜，多个超构透镜沿光路通道的主光轴依次排布，多个超构透镜的径向尺寸不相同。多个超构透镜具有超构透镜的变倍系统。现有透镜为了消色散，需要叠加多个不同曲度和厚度的镜片才能将整个可见光的光谱聚焦于一点，所形成的光学系统非常大。将舞台灯成像投光系统，通过利用超构透镜，设计成消色散，小畸变，低像差，高收光效率的光学系统。需要说明的是，收光镜也可以是超构透镜组成，这样的光学系统，将可以达到高效率的投光输出。
43.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。