一种基于离轴光源生成光环的迎宾灯光学系统的制作方法

本实用新型涉及汽车电子与光学领域，尤其是一种基于离轴光源生成光环的迎宾灯光学系统。

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。

目前迎宾灯所采用的主要方法是利用投影原理把图案成像在接收面上，此系统主要包括光源，投影物镜和刻有图案的元件（印刷片，菲林片），这种方法存在着光学效率低，系统复杂等缺点。迎宾灯也有采用自由曲面非成像透镜或衍射光学元件形成光学图案，但是自由曲面或衍射光学元件加工复杂，造价昂贵，故不为常用。

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。

技术实现要素：

本实用新型提出一种基于离轴光源生成光环的迎宾灯光学系统，能以类菲涅尔折射光学元件来在照射面上生成光环图案，并能通过光源组合结构来照射出形如奥迪商标的四环图案。

本实用新型采用以下技术方案。

一种基于离轴光源生成光环的迎宾灯光学系统，所述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，所述光学组件包括一子光源和一与子光源对应的光环生成透镜；所述子光源内设有点光源和准直透镜，点光源设于与准直透镜光轴垂直的焦平面上，通过微调点光源与准直透镜光轴的离轴量，使从准直透镜出射的平行光发生角度偏移；所述子光源的出射光线经光环生成透镜折射后在照射面上形成圆环形光斑；圆环形光斑在照射面上的位置随子光源光线在光环生成透镜的入射角的变化而变化。

所述光环生成透镜为基于菲涅尔透镜原理进行光线折射的透镜。

所述光环生成透镜呈圆形的平板，光环生成透镜的光入射面为平面，光环生成透镜的光出射面上设有i个截面呈锯齿形状的同心齿环。

当光学阵列在照射面上形成的圆环形光斑之间存在部分重叠现象时，所述光环生成透镜的光入射面处设有遮光板以减弱重叠部分的光强使圆环形光斑的光强均匀，所述遮光板为以不透明吸光材料成型的板，所述遮光板的俯视向呈扇形。

所述点光源、准直透镜、遮光板、光环生成透镜、照射面在竖直方向自上而下设置。

所述点光源为半导体激光光源或是小发光角度的LED光源。

当需以光学阵列在照射面上生成形如奥迪商标的四环图案时，所述光学阵列光学组件数量为四且密集地排列为一直线；当需以光学阵列在照射面上生成正方形排列的四个光环图案时，所述光学阵列的光学组件数量为四且密集地按正方形四顶点排列。

本实用新型所采用的光环生成透镜，为一种类菲涅尔折射光学元件，光源光线经类菲涅尔折射光学元件直接产生光斑图案，没有损耗，能够以较低的功耗实现更高的亮度，同时产品尺寸轻巧，便于安装，而且由于结构精简，使得此产品的抗震性能更好，更适合车载应用。

本实用新型基于光学折射原理工作，当需要对光环位置进行调节时，只需把点光源位置在与准直透镜光轴垂直的焦平面上进行微调即可，很适合小尺寸空间下的光学调节工作。

本实用新型通过类菲涅尔折射光学元件直接产生光斑图案，无需制作印刷层、菲林或是衍射元件，也无需微型投影镜头。该新型照明器具有图像清晰，能量利用率高，图像焦深大，成本低等优点。

由于本实用新型基于菲涅尔透镜原理工作，以透镜聚焦生成环形光斑，光斑形状由聚焦光路形成，且聚焦光路长，因此对照射面的距离要求并不严格，即使因车辆行驶或车停于不平路面而使照射面距离有所偏离或倾斜，所生成的环形光斑的俯视向形状也不易产生过大形变。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步详细的说明：

附图1是本实用新型的示意图（生成形如奥迪商标的直线排列四环图案）；

附图2是本实用新型的光学组件的剖切示意图；

附图3是本实用新型光学组件点光源位于准直透镜光轴上时的光路示意图；

附图4是本实用新型光学组件点光源偏离准直透镜光轴时的光路示意图；

附图5是本实用新型光学阵列的示意图（生成形如奥迪商标的直线排列四环光环图案）；

附图6是本实用新型光学阵列的另一示意图（生成四个按正方形顶点排列的光环图案）；

图中：1-遮光板；2-光环生成透镜；3-准直透镜；4-圆环形光斑；5-环形光斑的叠加范围；6-照射面；7-齿环；8-光学组件；9-点光源；10-光学阵列。

具体实施方式

如图1-6所示，一种基于离轴光源生成光环的迎宾灯光学系统，所述光学系统包括照射面6和光学阵列10；所述光学阵列10由若干光学组件8组成，所述光学组件8包括一子光源和一与子光源对应的光环生成透镜2；所述子光源内设有点光源9和准直透镜3，点光源9设于与准直透镜3光轴垂直的焦平面上，通过微调点光源9与准直透镜3光轴的离轴量，使从准直透镜3出射的平行光发生角度偏移；所述子光源的出射光线经光环生成透镜2折射后在照射面上形成圆环形光斑4；圆环形光斑4在照射面6上的位置随子光源光线在光环生成透镜的入射角的变化而变化。

所述光环生成透镜2为基于菲涅尔透镜原理进行光线折射的透镜。

所述光环生成透镜呈圆形的平板，光环生成透镜的光入射面为平面，光环生成透镜的光出射面上设有i个截面呈锯齿形状的同心齿环7。

当光学阵列在照射面上形成的圆环形光斑之间存在部分重叠现象时，所述光环生成透镜的光入射面处设有遮光板1以减弱重叠部分的光强使圆环形光斑的光强均匀，所述遮光板1为以不透明吸光材料成型的板，所述遮光板的俯视向呈扇形。

所述点光源9、准直透镜3、遮光板1、光环生成透镜2、照射面6在竖直方向自上而下设置。

所述点光源为半导体激光光源或是小发光角度的LED光源。

当需以光学阵列在照射面上生成形如奥迪商标的四环图案时，所述光学阵列光学组件数量为四且密集地排列为一直线；当需以光学阵列在照射面上生成正方形排列的四个光环图案时，所述光学阵列的光学组件数量为四且密集地按正方形四顶点排列。

实施例1：

奥迪牌的汽车在后视镜下方或是车门下方处设置本实用新型的迎宾灯，当汽车解锁或是车门打开时，迎宾灯向下投射光斑，会在后视镜下方或是车门下方的地面（照射面）上产生奥迪商标的四环图案，由于此四环图案基于透镜聚焦光路形成，因此对迎宾灯的高度精度要求不高（也就是对透镜受光面与照射面之间的距离精度要求不高），在车辆行驶时或是车辆停于不平的路面时，迎宾灯投射的四环图案的俯视向形状仍能基本保持不变。

当需对四环图案的光环位置进行调节时，只需调节点光源9与偏离准直透镜3光轴的相对距离即可。

实施例2：

本产品的光环生成透镜2为折射透镜，此折射透镜的齿形计算方法为；

设透镜2的出光面上设有i个截面呈锯齿形状的同心齿环7，齿环7圆心与透镜2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d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 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齿环的齿形倾角计算方程为；

公式2 ；

第i齿环的齿高计算方程为；

公式3 ；

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正方形的四个光学组件组成；各光学组件内点光源中心以系统光轴为参照进行设置，当光学阵列排列为直线排布时，点光源离轴方向沿阵列排列方向偏移；当光学阵列为方形排列排布时，点光源离轴方向在焦平面内沿二维方向偏移，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。

所述生成四环图案的光学阵列的光学组件还内设遮光板1以削减光斑叠加部分的光强；所述遮光板1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1的顶点位于折射透镜2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。

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。

所述光源为半导体激光器或是LED光源。

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d，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齿宽p，从而确定各同心齿环的数量i；

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；

A6、按公式2计算出各同心齿环截面上齿形的齿形倾角；

A7、按公式3计算出各同心齿环截面上齿形的齿高；

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。