[發明專利]用激光光源與衍射光學元件實現的交通信號燈光學系統

在審

• 申請號: 201510915171.1
• 申請日: 2015-12-11
• 公開（公告）號: CN105372826A
• 公開（公告）日: 2016-03-02
• 發明（設計）人: 賁宇;尹曉東;田克漢;霍軼杰
• 申請（專利權）人: 杭州東尚光電科技有限公司
• 主分類號: G02B27/42
• 分類號: G02B27/42;G08G1/095
• 代理公司: 杭州賽科專利代理事務所(普通合伙) 33230
• 代理人: 董建軍

技術領域

本發明屬于光電通訊領域，尤其涉及一種用激光光源與衍射光學元件實現的交通信號燈光學系統。

背景技術

傳統的交通信號燈光場的光學設計，是針對發光光源（如鹵素燈等）的特點，通過使用折射光學元件，如透鏡、反射鏡、微透鏡陣列、鏡頭、散光片，實現對發光光場的二次調制，實現所需要光場的輸出。該傳統設計方式是通過折射、遮擋、成像的方法，對入射光場進行調制，設計方法的光學元件復雜、數量較多，光利用效率非常低下，且功能單一，無法實現復雜的照明光場，例如對于嶄新應用領域的大傾斜角度交通信號燈、光強分布非對稱矯正、100米以上遠距離交通信號燈等應用領域，傳統的設計方式都無法實現。同時傳統照明光場設計方式，其光學器件尺寸大、成本很高，對應用環境要求很高，光學器件表面的細微灰塵都會造成異形光場的嚴重缺陷，上述因素為該產品的使用造成了很多不利的因素，嚴重的限制了產品的市場應用。

現代技術中，隨著市場、配件產品以及相應光電設備、系統的應用發展，配件應用市場對光電產品的應用越來越廣泛，對光電產品的技術指標要求也越來越高，其中根據具體應用需求所設計特殊圖案的激光交通信號燈照明光場的應用市場迅猛發展，如高清晰度激光交通信號燈產品、特殊圖案激光交通信號燈產品等，這些領域產品的發展，對主動照明光場都提出了復雜、苛刻的要求，傳統的照明光學系統其光學系統復雜，尺寸很大，成本很高，且調節復雜，需要多片透鏡的移動、聯調，而且光場控制方式簡單，不能實現復雜多變的光場分布，已無法滿足應用領域的需求，基于衍射光學和激光技術的發展，已經為實現特種照明激光光場提供了技術基礎，衍射光學元件是近期才逐漸成熟的新型光學元件，其設計原理與傳統的折射光學具備本質區別，是基于光場的波前相位特性進行光場調制設計，屬于波長級別的納米微光學器件，在1毫米尺寸的光場區域內，即可實現億萬量級的光場控制單元，對輸入光場進行豐富、靈活的調節，幾乎可以實現任何復雜的輸出光場的要求，其尺寸小、功能強大、光強利用效率極高，是未來激光交通信號燈領域的重要應用技術。

發明內容

本發明為了解決上述現有技術中存在的缺陷和不足，提供了一種可以有效的利用光場能量，實現節能的目的，同時徹底消除“交通信號燈照明光場空間角度分布標準”（見GB14887-2011）規定之外的區域的無效的光場分布，消除信號燈光污染的用激光光源與衍射光學元件實現的交通信號燈光學系統。

本發明的技術方案：一種用激光光源與衍射光學元件實現的交通信號燈光學系統，包括激光照射光源、第一衍射光學元件和第二衍射光學元件，激光光場照射第一衍射光學元件后，第一衍射光學元件實現激光信號燈圖案形狀的光場分布，該光場照射至第二衍射光學元件，經過第二衍射光學元件的光學調制，該信號燈圖案形狀的光場沿著特定的角度區域傳播。

優選地，所述激光照射光源為激光準直光源，其激光光場波前為平面波或近似平面波。

優選地，所述激光照射光源為發散光激光照射光源，其激光光場波前為球面波。

優選地，所述第一衍射光學元件是針對激光照射光源的參數進行設計，用于實現交通信號燈光學系統所需的圖案光場分布；所述第二衍射光學元件是針對第一衍射光學元件的光場以及“標準”規定的交通信號燈光場照射的角度區域進行設計，用于實現交通信號燈光場的角度分布區域。

優選地，所述的特定的角度區域是根據“交通信號燈照明光場空間角度分布標準”制定。

優選地，所述衍射光學元件為菲涅爾衍射光學元件或者夫瑯禾費衍射光學元件。

優選地，所述第一衍射光學元件具備對入射光場的X和Y方向發散角分別調至的功能，將入射光場的發散角進行均勻化處理，實現所需激光交通信號燈圖案的異形光場的設計優化，光源照射衍射光學元件后，形成具備整體光學系統需要的特定發散角的光場。

優選地，所述第一衍射光學元件具備對入射光場的X和Y方向的發光尺寸分別調至的功能，將入射光場的發光尺寸進行均勻化處理，實現所需激光交通信號燈圖案的異形光場的設計優化，光源照射衍射光學元件后，形成具備整體光學系統需要的特定發光尺寸的光場。

優選地，所述第一衍射光學元件具備針對入射光場的波前特性進行相位調制的設計將入射光場的波前相位進行調至處理，實現所需激光交通信號燈圖案的異形光場的設計優化。

優選地，所述激光照射光源與衍射光學元件件實現所需激光交通信號燈圖案的異形光場的設計，激光照射光源照射第一衍射光學元件后，形成具備整體光學系統需要的特定光強分布、特定發散角的光場。