目前，國際上的燈光行業(yè)已將燈具的光色效果和光學(xué)質(zhì)量參數(shù)作為產(chǎn)品驗(yàn)收和評(píng)價(jià)的重要內(nèi)容之一。光色的應(yīng)用，也是舞臺(tái)燈光設(shè)計(jì)師特別重視的項(xiàng)目，要求舞臺(tái)燈具產(chǎn)品的光色效果在現(xiàn)代化的演示場所中，能更好地發(fā)揮其空間感、層次感、距離感、立體三維感、光的波動(dòng)感、較理想的光通量和成像清晰的投影畫面等效果，這就對燈光設(shè)備提出了新的要求。國內(nèi)的燈光行業(yè)，就舞臺(tái)電腦燈具而言，同國外先進(jìn)成熟的名牌產(chǎn)品相比還有一定的差距，其光效、功能、質(zhì)量的可靠性不夠穩(wěn)定，特別是光學(xué)質(zhì)量方面，還不能達(dá)到理想的效果，以至于目前的國內(nèi)重要演示場所大部分還是選用國外產(chǎn)品，以確保演出質(zhì)量?？傊?，提高國內(nèi)燈具產(chǎn)品的光學(xué)質(zhì)量水平，研究光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，仍然是目前在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)中的主要課題之一。為此我們根據(jù)國外目前較為成熟的先進(jìn)電腦燈具產(chǎn)品，就光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特性和應(yīng)注意的事項(xiàng)作一些介紹，僅供使用者和制造廠家參考：

　　一. 舞臺(tái)電腦燈具的分類

　　1. 燈具按光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式可分為：

　　a. 球面反光鏡聚光模式

　　球面反光鏡聚光模式的特點(diǎn)：是采用球面反光鏡與鍍增透膜石英非球面鏡結(jié)合而形成的聚光模式，且光源和非球面鏡靠近的設(shè)置，既消除或減少了球差，又?jǐn)U大對光源的包容角，提高投影成像的清晰度，獲得高效的聚光效果。

　　b. 橢球面反光鏡聚光模式

　　橢球面反光鏡聚光模式的特點(diǎn)：是采用橢球面反光鏡與光學(xué)透鏡構(gòu)成的聚光模式，可使光源的光線對弧面的入射角變小，減少了反射光能的損失，提高了光通量的利用率，產(chǎn)生亮麗光束聚光效果。目前電腦換色燈采用了橢球面反光鏡與菲涅耳-螺紋透鏡構(gòu)成的新型聚光模式，更能體現(xiàn)出其特點(diǎn)，產(chǎn)生聚而柔的光束效果。

　　2. 燈具按投影效果可分為

　　a. 硬光斑燈具

　　硬光斑燈具中的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，通常采用的是球面反光鏡與鍍增透膜石英非球面鏡結(jié)合而形成的聚光模式或橢球面反光鏡與光學(xué)透鏡構(gòu)成的聚光模式。具有圖案清晰、邊緣有明顯、清晰的分界線、光束銳麗的特點(diǎn)。一般有如下功能：

　　靜態(tài)圖案效果;

　　動(dòng)態(tài)圖案效果;

　　圖案疊加效果;

　　圖案增色效果;

　　圖案三維動(dòng)感效果;

　　色溫校正;

　　圖案分角動(dòng)感效果;

　　光束角變化效果;

　　漸進(jìn)線性CYM 三元色混色效果;

　　線性調(diào)焦;

　　頻閃效果;

　　圖案明暗變化效果。

　　b. 軟光斑燈具

　　軟光斑燈具中的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：經(jīng)常采用的是橢球面反光鏡與菲涅耳透鏡-螺紋透鏡構(gòu)成的新型聚光模式。具有光色柔和、均勻、色彩豐富，邊緣無明顯的分界線的特點(diǎn)，一般有如下功能：

　　顏色變化效果;

　　彩虹流動(dòng)效果;

　　色溫校正;

　　柔光效果;

　　漸進(jìn)線性CYM 三元色混色效果;

　　波紋效果;

　　光束角變化效果;

　　頻閃效果;

　　漸進(jìn)線性調(diào)光效果。

　　二. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　燈具的光學(xué)系統(tǒng)是由光束聚焦成像區(qū)和光源區(qū)兩大區(qū)域組成。光束聚焦成像區(qū)是各種效果盤、光闌、和光學(xué)鏡片等結(jié)構(gòu)的結(jié)合，形成光束聚焦成像;光源區(qū)是由反光鏡和燈泡組成，形成光源束焦點(diǎn)。由于燈具要求投影的光斑必須具有光色柔和、均勻、符合演示場所需要的光通量，成像燈具還應(yīng)圖案清晰、其邊緣有明顯的分界線，無虛光現(xiàn)象等要求，因此在燈具光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

　　1. 中心光軸、光闌和像差

　　中心光軸、光闌和像差是直接影響到燈具的光效損失和投影清晰程度的主要原因。燈具內(nèi)部的光學(xué)系統(tǒng)是光束聚焦成像和光源區(qū)兩大區(qū)域組成的，能否為同心軸線，形成理想的同心光束，是直接影響到燈具光效的關(guān)鍵所在。由于現(xiàn)代的電腦燈具均往多功能發(fā)展，系統(tǒng)中的光束聚焦成像區(qū)域內(nèi)設(shè)置了如固定圖案盤、旋轉(zhuǎn)圖案盤、旋轉(zhuǎn)棱鏡、色片盤、色溫校正盤、漸進(jìn)線性CYM 三元色色片、光學(xué)透鏡、玻璃圖案效果盤、線性調(diào)焦鏡等到多種效果盤，要確保每個(gè)效果盤孔徑的中心在組合時(shí)都能同心軸線，且每個(gè)效果盤的端面與軸線垂直，并非容易。雖然在設(shè)計(jì)過程中從理論講都能保證，但由于在零部件的制造加工過程中，出現(xiàn)的加工精度誤差和裝配基準(zhǔn)偏離等現(xiàn)象，會(huì)影響到燈具的光效損失和投影清晰程度。因此，我們在設(shè)計(jì)燈具的光學(xué)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)時(shí)，事先將各種可能出現(xiàn)的綜合性因素要進(jìn)行全面地分析和考慮，確保零部件的制造精度和裝配基準(zhǔn)的設(shè)計(jì)合理。達(dá)到整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的中心光軸能同一軸線，使光通孔徑和一定的視場角或發(fā)光點(diǎn)盡可能地靠近光軸，形成同心光束的理想效果。影響的燈具的光效損失和投影清晰程度的另一個(gè)原因，就是對光束起限制作用的各個(gè)效果盤的孔徑、特別設(shè)置的帶孔屏障和透鏡的邊緣，即光闌。由于起著對限制光束孔徑和視場的作用，是直接影響到燈具投影光斑中的像差、像的亮暗、景深和分辨率。因此，在設(shè)計(jì)光闌孔徑的大小和光闌在光學(xué)系統(tǒng)中的焦點(diǎn)距離位置時(shí)，既要考慮它在進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)中光通量的多少、像差的大小以及滿足像在空間的深度(景深)等作用;也要考慮能對限制成像范圍特別起作用的最佳空間視場角等因素，形成投影光斑的理想效果。在實(shí)際的燈具光學(xué)系統(tǒng)中總有一定的光通孔徑和一定的視場角或發(fā)光點(diǎn)不靠近光軸，另一方面由于光束多是由不同波長的光組成，系統(tǒng)的折射率不為常數(shù)，所以，實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)的成像與近軸光學(xué)所得的結(jié)果不同，產(chǎn)生的偏離，即像差。而像差，是由實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)的物理?xiàng)l件造成的，我們在設(shè)計(jì)過程中只需重點(diǎn)地將某些像差消除到一定的程度，只要達(dá)到減少像差以提高成像的清晰度就行。要完全消除是不可能，也沒有必要。

　　2. 機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)

　　電腦燈具內(nèi)部的各種效果盤，如旋轉(zhuǎn)圖案盤、旋轉(zhuǎn)棱鏡、漸進(jìn)線性CYM 三元色色片、線性調(diào)焦鏡等機(jī)構(gòu)，由于燈具內(nèi)部空間小、結(jié)構(gòu)緊湊，不能完全都直接裝配在步進(jìn)電機(jī)軸上，部分需要設(shè)計(jì)成傳動(dòng)結(jié)構(gòu)來達(dá)到效果。目前燈具經(jīng)常使用的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)方式有：齒輪傳動(dòng)、帶輪傳動(dòng)和螺桿拖動(dòng)等方式。采用齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)時(shí)，要考慮到可能會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)、卡碰、噪音等現(xiàn)象。要消除這些因素，應(yīng)選用高精度的齒輪和軸承，采用耐高溫潤滑油及合理的間隙配合確保裝配精度，主從齒輪采用不同的材料，橡膠塑料齒輪和金屬齒輪組成的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)能有效地減低傳動(dòng)噪音，必要時(shí)在步進(jìn)電機(jī)與固定面板裝配固定之間增加緩沖墊圈，以減少震動(dòng)和噪音現(xiàn)象，需要時(shí)增加阻尼器，會(huì)減少?zèng)_擊慣性，提高控制定位的準(zhǔn)確性。采用帶輪傳動(dòng)時(shí)，由于燈具的光源輻射、內(nèi)部溫度及運(yùn)動(dòng)速度問題，會(huì)使皮帶產(chǎn)生熔斷、老化、延伸、疲勞斷裂等現(xiàn)象，因此應(yīng)選用其具有耐高溫、防輻射、抗疲勞的皮帶材料，必要時(shí)皮帶要做可靠性試驗(yàn)，過長的帶輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，可設(shè)計(jì)帶有自動(dòng)調(diào)節(jié)、彈性適度的過渡張緊輪和步進(jìn)電機(jī)與固定面板裝配固定之間增加調(diào)節(jié)彈簧，以減少皮帶的延伸、斷裂等現(xiàn)象，確保其能準(zhǔn)確的定位。無論是采用齒輪傳動(dòng)、帶輪傳動(dòng)和螺桿拖動(dòng)等結(jié)構(gòu)形式，都要做到傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的零件制造加工精度和裝配基準(zhǔn)精度的設(shè)計(jì)合理、定位準(zhǔn)確，達(dá)到光學(xué)系統(tǒng)的光軸中心能同一軸線的目的。

　　3. 燈泡微調(diào)結(jié)構(gòu)

　　由于為了方便使用者在使用燈具時(shí)，能根據(jù)演示場所的需要，調(diào)出最佳的光色效果，燈具一般都設(shè)置了燈泡微調(diào)結(jié)構(gòu)，燈泡的調(diào)節(jié)螺桿應(yīng)有自鎖限位，微調(diào)量一般不宜超過2mm,以防止由于調(diào)節(jié)而產(chǎn)生脫落、松動(dòng)、超出光效調(diào)節(jié)范圍和不安全現(xiàn)象。值得提出的是;燈泡微調(diào)結(jié)構(gòu)，一定要確保使用者在對燈具更換燈泡時(shí)，能準(zhǔn)確地定位在規(guī)定的位置。

　　4. 光學(xué)系統(tǒng)散熱

　　由于燈具采用的燈泡功率大，光源亮點(diǎn)又被反光鏡包容，加上光束區(qū)域內(nèi)的各種效果鏡片和光源區(qū)周邊的金屬裝配固定面板，會(huì)出現(xiàn)光的熱能反射現(xiàn)象，直接反射到光源區(qū)域內(nèi)的反光鏡和燈泡，加上光源的高熱輻射，都會(huì)使內(nèi)部的光學(xué)元件超過極限溫度，引起光學(xué)系統(tǒng)中如光學(xué)透鏡、色片、玻璃圖案片、玻璃反光鏡等材料，產(chǎn)生變色、脫膜、爆裂及燈泡的損壞和質(zhì)量問題。因此，燈具的散熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，是降低內(nèi)部系統(tǒng)溫度的保證。制造廠家在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)考慮到光的熱能反射和高熱輻射因素，可將光源區(qū)周邊的金屬裝配固定面板進(jìn)行耐高溫黑色無光噴涂或表面鍍黑化學(xué)處理，使其能吸收光的熱能，減少光的熱能反射現(xiàn)象。若采用玻璃反光鏡時(shí)，應(yīng)選擇透紅外、熱能向周邊擴(kuò)散的反光鏡。安裝和固定玻璃反光鏡時(shí)，不宜過緊，以防止由于溫度過高，熱膨脹使反光鏡爆裂。若光束聚焦區(qū)的溫度過高，玻璃圖案片、色片和透鏡超過極限溫度時(shí)，應(yīng)采用具有耐高溫、鍍增透膜的玻璃隔熱片進(jìn)行隔擋，但也要考慮到隔熱片的熱能反射因素，制造廠家可將隔熱片的平面與玻璃反光鏡的端面形成一定的角度，使其熱能向上折射，以減少光的熱能反射現(xiàn)象。必要時(shí)可將光源區(qū)域進(jìn)行屏蔽，阻擋最高熱源對光學(xué)元件的影響，設(shè)計(jì)導(dǎo)風(fēng)結(jié)構(gòu)，形成良好的風(fēng)路循環(huán)，使燈具被加熱的空氣直線而又通暢地向外排出。燈具的散熱，通常采用的是進(jìn)風(fēng)式散熱、抽風(fēng)式散熱、進(jìn)抽風(fēng)式散熱和自然散熱等方式。選擇何種散熱方式，必須根據(jù)燈具內(nèi)部的各區(qū)域，如光束聚焦成像區(qū)、光源區(qū)、信號(hào)控制區(qū)和電器元件區(qū)等環(huán)境溫度分布狀況而確定;也要考慮到光學(xué)元件如光學(xué)透鏡、色片、玻璃圖案片、玻璃反光鏡材料的耐溫性和燈具的表面積等因素，通過測量其溫度而確定散熱方式。

　　三. 光學(xué)質(zhì)量參數(shù)

　　燈具產(chǎn)品說明書中的光學(xué)質(zhì)量參數(shù)，是提供給使用者的一項(xiàng)重要數(shù)據(jù)內(nèi)容。光學(xué)質(zhì)量參數(shù)的內(nèi)容包括：光斑角度、光通量、色溫及射距、光斑直徑與中心照度的關(guān)系圖。制造廠家在提供給使用者的光學(xué)質(zhì)量參數(shù)，要盡可能準(zhǔn)確，不能片面夸大。燈具產(chǎn)品說明書中提供的光學(xué)質(zhì)量參數(shù)要與使用者實(shí)際測量的數(shù)據(jù)相符合，光通量和照度的參數(shù)準(zhǔn)確率要達(dá)到85%以上，還有15%可能是由于其他的客觀因素造成的偏差。由于現(xiàn)在的國際燈光行業(yè)、商家和使用者在對燈具進(jìn)行實(shí)際測量驗(yàn)收中，已將光色效果和光學(xué)質(zhì)量參數(shù)作為產(chǎn)品驗(yàn)收項(xiàng)目和評(píng)價(jià)的重要內(nèi)容之一。文化部就燈具行業(yè)產(chǎn)品的光學(xué)質(zhì)量問題，于1999 年發(fā)布了WH/T0203-1999《舞臺(tái)燈具光學(xué)質(zhì)量的測試與評(píng)價(jià)》文化行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。就是給燈具制造廠家在檢驗(yàn)產(chǎn)品的光學(xué)質(zhì)量時(shí)，提供了規(guī)范和限定。提供上述的內(nèi)容，其目的就是針對產(chǎn)品的光學(xué)質(zhì)量，提出了應(yīng)予重視的問題。本意在拋磚引玉，以期達(dá)到共同促進(jìn)和提高國內(nèi)燈具產(chǎn)品的光學(xué)質(zhì)量水平，適應(yīng)和滿足現(xiàn)代化的演示場所需要，提高國際的競爭能力。