[发明专利]用激光光源与衍射光学元件实现的交通信号灯光学系统

说明书

技术领域

本发明属于光电通讯领域，尤其涉及一种用激光光源与衍射光学元件实现的交通信号灯光学系统。

背景技术

传统的交通信号灯光场的光学设计，是针对发光光源（如卤素灯等）的特点，通过使用折射光学元件，如透镜、反射镜、微透镜阵列、镜头、散光片，实现对发光光场的二次调制，实现所需要光场的输出。该传统设计方式是通过折射、遮挡、成像的方法，对入射光场进行调制，设计方法的光学元件复杂、数量较多，光利用效率非常低下，且功能单一，无法实现复杂的照明光场，例如对于崭新应用领域的大倾斜角度交通信号灯、光强分布非对称矫正、100米以上远距离交通信号灯等应用领域，传统的设计方式都无法实现。同时传统照明光场设计方式，其光学器件尺寸大、成本很高，对应用环境要求很高，光学器件表面的细微灰尘都会造成异形光场的严重缺陷，上述因素为该产品的使用造成了很多不利的因素，严重的限制了产品的市场应用。

现代技术中，随着市场、配件产品以及相应光电设备、系统的应用发展，配件应用市场对光电产品的应用越来越广泛，对光电产品的技术指标要求也越来越高，其中根据具体应用需求所设计特殊图案的激光交通信号灯照明光场的应用市场迅猛发展，如高清晰度激光交通信号灯产品、特殊图案激光交通信号灯产品等，这些领域产品的发展，对主动照明光场都提出了复杂、苛刻的要求，传统的照明光学系统其光学系统复杂，尺寸很大，成本很高，且调节复杂，需要多片透镜的移动、联调，而且光场控制方式简单，不能实现复杂多变的光场分布，已无法满足应用领域的需求，基于衍射光学和激光技术的发展，已经为实现特种照明激光光场提供了技术基础，衍射光学元件是近期才逐渐成熟的新型光学元件，其设计原理与传统的折射光学具备本质区别，是基于光场的波前相位特性进行光场调制设计，属于波长级别的纳米微光学器件，在1毫米尺寸的光场区域内，即可实现亿万量级的光场控制单元，对输入光场进行丰富、灵活的调节，几乎可以实现任何复杂的输出光场的要求，其尺寸小、功能强大、光强利用效率极高，是未来激光交通信号灯领域的重要应用技术。

发明内容

本发明为了解决上述现有技术中存在的缺陷和不足，提供了一种可以有效的利用光场能量，实现节能的目的，同时彻底消除“交通信号灯照明光场空间角度分布标准”（见GB14887-2011）规定之外的区域的无效的光场分布，消除信号灯光污染的用激光光源与衍射光学元件实现的交通信号灯光学系统。

本发明的技术方案：一种用激光光源与衍射光学元件实现的交通信号灯光学系统，包括激光照射光源、第一衍射光学元件和第二衍射光学元件，激光光场照射第一衍射光学元件后，第一衍射光学元件实现激光信号灯图案形状的光场分布，该光场照射至第二衍射光学元件，经过第二衍射光学元件的光学调制，该信号灯图案形状的光场沿着特定的角度区域传播。

优选地，所述激光照射光源为激光准直光源，其激光光场波前为平面波或近似平面波。

优选地，所述激光照射光源为发散光激光照射光源，其激光光场波前为球面波。

优选地，所述第一衍射光学元件是针对激光照射光源的参数进行设计，用于实现交通信号灯光学系统所需的图案光场分布；所述第二衍射光学元件是针对第一衍射光学元件的光场以及“标准”规定的交通信号灯光场照射的角度区域进行设计，用于实现交通信号灯光场的角度分布区域。

优选地，所述的特定的角度区域是根据“交通信号灯照明光场空间角度分布标准”制定。

优选地，所述衍射光学元件为菲涅尔衍射光学元件或者夫琅禾费衍射光学元件。

优选地，所述第一衍射光学元件具备对入射光场的X和Y方向发散角分别调至的功能，将入射光场的发散角进行均匀化处理，实现所需激光交通信号灯图案的异形光场的设计优化，光源照射衍射光学元件后，形成具备整体光学系统需要的特定发散角的光场。

优选地，所述第一衍射光学元件具备对入射光场的X和Y方向的发光尺寸分别调至的功能，将入射光场的发光尺寸进行均匀化处理，实现所需激光交通信号灯图案的异形光场的设计优化，光源照射衍射光学元件后，形成具备整体光学系统需要的特定发光尺寸的光场。

优选地，所述第一衍射光学元件具备针对入射光场的波前特性进行相位调制的设计将入射光场的波前相位进行调至处理，实现所需激光交通信号灯图案的异形光场的设计优化。

优选地，所述激光照射光源与衍射光学元件件实现所需激光交通信号灯图案的异形光场的设计，激光照射光源照射第一衍射光学元件后，形成具备整体光学系统需要的特定光强分布、特定发散角的光场。