用衍射光學元件和激光器結合的激光汽車迎賓燈光學系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于光學領域,尤其涉及一種用衍射光學元件和激光器結合的激光汽車迎賓燈光學系統。
【背景技術】
[0002]現代技術中,隨著汽車市場、汽車配件產品以及相應光電設備、系統的應用發展,汽車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迎賓燈照明光場的應用市場迅猛發展,如遠距離傾斜照射的迎賓燈產品、特殊圖案汽車迎賓燈產品、車底部大角度外射的迎賓燈產品等,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,是未來汽車迎賓燈領域的重要應用技術。
[0003]傳統的汽車迎賓燈光場的光學設計,是針對發光光源(如鹵素燈、LED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汽車迎賓燈、光強分布非對稱矯正、100米以上遠距離迎賓燈等應用領域,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。
【發明內容】
[0004]本發明為了解決上述現有技術中存在的缺陷和不足,提供了一種可適應復雜多樣的應用環境,完全實現光場的高光利用效率、低成本、光學結構設計簡單、尺寸小、高精度發散角調節系統,極大的提升光學系統的功能和可應用性用衍射光學元件和激光器結合的激光汽車迎賓燈光學系統。
[0005]本發明的技術方案:一種用衍射光學元件和激光器結合的激光汽車迎賓燈光學系統,包括一激光照射光源和一衍射光學元件,所述激光照射光源為發散光源或準直平行光源;所述衍射光學元件為針對激光照射光源的參數進行設計的衍射光學元件,其用于實現光學系統所需的光場分布。
[0006]優選地,所述激光照射光源為準直平行光源,其激光光場波前為平面波或近似平面波。
[0007]優選地,所述激光照射光源為發散光源,其激光光場波前為球面波。
[0008]優選地,所述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處理的功能,將入射光場的發散角進行均勻化處理,實現所需汽車迎賓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。
[0009]優選地,所述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處理的功能,將入射光場的發光尺寸進行均勻化處理,實現所需汽車迎賓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。
[0010]優選地,所述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,實現所需汽車迎賓燈圖案的異形光場的設計優化。
[0011]優選地,所述激光照射光源與衍射光學元件實現所需汽車迎賓燈圖案的異形光場的設計,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光強分布、特定發散角的光場。
[0012]優選地,所述衍射光學元件為菲涅爾衍射光學元件。
[0013]優選地,所述衍射光學元件為夫瑯禾費衍射光學元件。
[0014]本發明的衍射光學元件是通過對入射光場的波前調制,實現出射光場的光強分布設計,其任意形狀、發散角的照明光場的產生原理與傳統設計有本質區別,使用一片衍射光學元件即可取代傳統方法中的多種光學裝置的功能,光學元件少、尺寸小,光利用效率大幅度提高,可達到90%以上,光學功能非常豐富,可滿足任意形狀、光強分布的照明場的需求。
[0015]激光配合衍射光學元件的汽車迎賓燈系統,通過激光光場與衍射光學元件的結合設計,可以實現任意復雜、具有特殊意義的迎賓燈圖案,而且基于激光的發散角小、光束傳播方向可控、遠距離傳播性能,可以實現超遠距離警示作用的汽車迎賓燈效果。
[0016]該激光汽車迎賓燈光學系統最重要的優勢在于激光在濃霧天氣狀況下的強散射、可視度強的特性,在濃霧的天氣環境中,傳統迎賓燈的可視度很差,霧氣越濃,傳統迎賓燈的可視距離越短;而基于激光配合衍射光學元件實現的光束的定向傳播特性,光束的空間局部光強很強,被霧氣中微小顆粒散射后,形成可視度高的具備警示作用散射光視覺效果,有效的實現了迎賓燈的警示視覺作用,其在濃霧天氣環境下的可視距離達到傳統迎賓燈的10倍以上。
[0017]本發明的衍射光學元件具備體積小、安裝簡單、成本低的特點,可大幅度的縮小光學系統的體積,降低光學產品的成本;同時衍射光學元件具備光學指標容差較大,相對于傳統光學器件,其通光區域的細小灰塵、臟污對異形光場的影響很小,對應用環境的要求較低,可適應復雜多樣的應用環境,完全實現了光場的高光利用效率、低成本、光學結構設計簡單、尺寸小、高精度發散角調節系統,極大的提升了光學系統的功能和可應用性。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明的光學結構示意圖; 圖2為本發明中激光器和衍射光學元件X方向的光學結構示意圖;
圖3為本發明中激光器和衍射光學元件Y方向的光學結構示意圖。
[0019]圖1中1.激光器,2.衍射光學元件,3.激光迎賓燈照明光場。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細的說明,但并不是對本發明保護范圍的限制。
[0021]本發明中的衍射光學元件,是基于汽車迎賓燈系統使用需要,根據照射激光光源的光學參數,有針對性的進行衍射光學元件的設計,實現特定圖案激光光場的輸出,該衍射光學元件與激光器實現的迎賓燈光場設計,其光強利用效率高,光場分布的形狀、光強分布都可以靈活控制,可以根據不同款型的汽車的應用系統的需要,實現復雜的迎賓燈圖案光場,是傳統照明設備無法實現的光學系統。衍射光學元件的功能是:入射光束為一平行或發散狀的激光光束,入射光束照射衍射光學元件實現一出射光場,該衍射光學元件是根據入射光場的光學特性,進行針對性設計,調節入射光場的波前,實現入射光場到所需要出射光場的傅里葉變換。激光光源與衍射光學元件位置固定,只通過一片衍射光學元件的調節,即可實現所需復雜光強分布光場的設計,光學功能強大,同時可以大幅度縮小照明系統的尺寸,降低照明系統的成本,擴展了激光照明系統的應用領域和應用方式。
[0022]實施例1
激光器選型為發散光激光器(如半導體激光器),所發出的激光,其X方向發散角Θ X和Y方向發散角Θ y會有一定區別,激光器的發光尺寸Lx和Ly也有較大區別,例如半導體激光器的區別很大,θ X約為40度,Θ y約為10度,Lx為lum,Ly為lOOum。