[发明专利]一种生成光环的迎宾灯光学系统及其设计方法

权利要求书

1.一种生成光环的迎宾灯光学系统，能以类菲涅尔透镜的光学聚焦折射在照射面上生成环形光斑，其特征在于：所述迎宾灯光学系统包括照射面和光学阵列，所述光学阵列由若干光学组件组成；所述光学组件包括光源和圆形的折射透镜，折射透镜与照射面平行，所述光源位于折射透镜受光面旁侧，各光学组件的折射透镜受光面位于同一平面上；所述光源出射光为平行光；

所述折射透镜的出光面上设有i个截面呈锯齿形状的同心齿环，齿环圆心与折射透镜的圆心重合，所述锯齿形状的齿形倾角为α，齿高为h，各齿形的齿宽相同且均为p，第i环的齿形斜面中点到中心轴的径向距离为r_i，锯齿形状的齿底位于同一平面；

当光源出射光垂直于折射透镜受光面，折射透镜的材料折射率为n，透镜受光面与照射面之间的距离为WD，要求透镜对光源出射光进行聚焦折射使之在照射面上形成半径为R的正圆形的环形光斑时，

所述第i齿环的锯齿形状的齿形的r_i计算方程为；

公式1第i齿环的锯齿形状中，锯齿一边垂直于透镜受光面；锯齿另一边为与透镜受光面成角度设置的斜面边，斜面边与透镜受光面的夹角为齿形倾角，所述第i齿环的齿形倾角α_i计算方程为；

公式2

第i齿环的齿高h_i计算方程为；

公式3 h_i＝p×tan(α_i)。

2.根据权利要求1所述的一种生成光环的迎宾灯光学系统，其特征在于：当要求光学阵列生成四个环形光斑，且环形光斑在同一直线上排列并叠加成形如奥迪商标的四环图案时，所述光学阵列由紧密排列于同一直线或紧密排列为矩形的四个光学组件组成；各光学组件内光源出射光方向朝光学阵列的中心处小幅偏移，使各光学组件产生的环形光斑在照射面上发生偏移并叠加。

3.根据权利要求2所述的一种生成光环的迎宾灯光学系统，其特征在于：所述生成四环图案的光学阵列的光学组件还内设遮光板以削减光斑叠加部分的光强；所述遮光板为以不透明吸光材料制作的扇形板；所述遮光板置于光源和折射透镜受光面之间，扇形遮光板的顶点位于折射透镜圆心处，扇形遮光板的弧位于两光学组件相邻位置的透镜边缘处。

4.根据权利要求3所述的一种生成光环的迎宾灯光学系统，其特征在于：所述扇形遮光板数量为两个以上，各扇形遮光板彼此成角度地设于透镜受光面上。

5.根据权利要求4所述的一种生成光环的迎宾灯光学系统，其特征在于：所述光源为半导体激光器或是LED光源。

6.根据权利要求5所述的一种生成光环的迎宾灯光学系统，其特征在于：所述折射透镜的出光面的齿形坐标点集合的计算方法依次分为以下步骤；

A1、确认所需生成环形光斑的半径R，按迎宾灯的尺寸，设定透镜受光面与照射面之间的距离WD的数值；

A2、按光源出射光的波长，确定折射透镜的材料折射率n的值；

A3、根据所需生成的环形光斑数量，确定组成光学阵列的光学组件数量，环形光斑数即为光学组件数量；

A4、根据迎宾灯的尺寸、光学组件数量来确定折射透镜的直径，再根据实际加工需要确定每个折射透镜上的同心齿环数量i，按各同心齿环均匀布满折射透镜的出光面来进行设计并计算，从而确定各同心齿环的齿宽p；

A5、按公式1计算出各同心齿环截面上齿形斜面中点到透镜中心轴的距离r_i；

A6、按公式2计算出各同心齿环截面上齿形的齿形倾角α_i；

A7、按公式3计算出各同心齿环截面上齿形的齿高h_i；

A8、以折射透镜的受光面为X轴，折射透镜的中心轴为Y轴，求出齿形坐标点集合。

7.根据权利要求6所述的一种生成光环的迎宾灯光学系统，其特征在于：所述生成四环图案的光学阵列的光环图案调整方法依次包括以下步骤；

B1、调整各光学组件内光源出射光方向，使之朝光学阵列的中心处小幅偏移，从而让各光学组件产生的环形光斑在照射面上发生偏移并叠加；

B2、微调各光学组件内光源出射光方向，使各光学组件产生的环形光斑在照射面上的叠加范围达到所需值；

B3、把扇形遮光板彼此成角度地放于透镜受光面上，扇形遮光板的顶点位于折射透镜圆心处，扇形遮光板的弧位于两光学组件相邻位置的透镜边缘处；

B4、调整扇形遮光板的数量和位置，使环形光斑叠加处的光强削减至与环形光斑其它部位相近或相同；

B5、把扇形遮光板固定于透镜受光面。