[发明专利]一种生成光环的迎宾灯光学系统及其设计方法

说明书

本发明提出一种生成光环的迎宾灯光学系统及其设计方法，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，所述锯齿形状的齿宽相同，锯齿形状的齿底位于同一平面；本发明能以类菲涅尔折射光学元件来在照射面上生成光环图案，并能通过以特定照明光源及类菲涅尔透镜阵列的组合结构来在照射面上生成形如奥迪商标的四环图案。

技术领域

本发明涉及灯光美化技术领域，尤其是一种生成光环的迎宾灯光学系统及其设计方法。

背景技术

光学图案被广泛应用于投影灯、车门灯和迎宾灯。随着汽车技术的不断发展，人们对汽车的人性化以及时尚感有更高的要求。车门灯或是迎宾灯便是汽车中的一个时尚元素之一，当汽车解锁或是车门打开时，便会在后视镜下方或是车门下方的地面上产生图案或是文字，不仅可以起到照明的作用，而且还增加了汽车的时尚感。

目前的光学系统在照射面上产生图案，通常采用投影，例如专利一种投影灯(申请号：201410482547.X)。此专利是利用投影原理把光斑成像在一个指定的平面上，此方案是目前获得各种光斑最为常用的方法。此系统主要包括光源，透镜和印刷层。光源发出的灯光经透镜射出，然后通过印刷层后将图案投射至接收面。一种车门投影灯及其应用(申请号201110318149.0)。此专利是利用同样是利用投影的方法，光源照射到印有图案的菲林上，然后通过投影透镜组把图案投射到接收面上。一种汽车激光迎宾灯(申请号：201510811326.7)。此专利也是利用投影的方法，不同的是图案是设置在衍射元件上。以上三种产生光斑的方式都是利用投影的原理，把印刷层(或是菲林，或是衍射元件)上的图案投影到接收面上。前两种图案是把图案设置在印刷层和菲林上，光线经过印刷层或是菲林时会产生较大的光能量损失；第三种方案把图案设置在稍衍射元件上，虽然光线经过衍射元件后的能量较前两种方案有较大的提升，但是还是需要依托投影系统实现图案的放大，使得系统尺寸较大。

现在也有通过自由曲面透镜形成光斑的做法，原理是光源发出的光经自由曲面可直径实现不同形状的光斑，但是自由曲面加工复杂，而且造价昂贵。

菲涅尔折射光学元件是目前常见的光学器件，其设计简易、尺寸轻巧，便于安装，如能把菲涅尔折射光学元件用于迎宾灯的光学系统，将有利于此类灯具的设计和制造。

发明内容

本发明提出一种生成光环的迎宾灯光学系统及其设计方法，能以类菲涅尔折射光学元件来在照射面上生成光环图案，并能通过以特定照明光源及类菲涅尔透镜阵列的组合结构来在照射面上生成形如奥迪商标的四环图案。

本发明采用以下技术方案。

一种生成光环的迎宾灯光学系统及其设计方法，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，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