使用衍射光學(xué)元件和激光器結(jié)合的激光汽車霧燈光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種使用衍射光學(xué)元件和激光器結(jié)合的激光汽車霧燈光學(xué)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代技術(shù)中，隨著汽車市場(chǎng)、汽車配件產(chǎn)品以及相應(yīng)光電設(shè)備、系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)展，汽車配件應(yīng)用市場(chǎng)對(duì)光電產(chǎn)品的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，對(duì)光電產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)要求也越來(lái)越高，其中根據(jù)具體應(yīng)用需求所設(shè)計(jì)特殊圖案的激光霧燈照明光場(chǎng)的應(yīng)用市場(chǎng)迅猛發(fā)展，如遠(yuǎn)距離傾斜照射的霧燈產(chǎn)品、特殊圖案汽車霧燈產(chǎn)品、車底部大角度外射的霧燈產(chǎn)品等，這些領(lǐng)域產(chǎn)品的發(fā)展，對(duì)主動(dòng)照明光場(chǎng)都提出了復(fù)雜、苛刻的要求，傳統(tǒng)的照明光學(xué)系統(tǒng)其光學(xué)系統(tǒng)復(fù)雜，尺寸很大，成本很高，且調(diào)節(jié)復(fù)雜，需要多片透鏡的移動(dòng)、聯(lián)調(diào)，而且光場(chǎng)控制方式簡(jiǎn)單，不能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜多變的光場(chǎng)分布，已無(wú)法滿足應(yīng)用領(lǐng)域的需求，基于衍射光學(xué)和激光技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)為實(shí)現(xiàn)特種照明激光光場(chǎng)提供了技術(shù)基礎(chǔ)，衍射光學(xué)元件是近期才逐漸成熟的新型光學(xué)元件，其設(shè)計(jì)原理與傳統(tǒng)的折射光學(xué)具備本質(zhì)區(qū)別，是基于光場(chǎng)的波前相位特性進(jìn)行光場(chǎng)調(diào)制設(shè)計(jì)，屬于波長(zhǎng)級(jí)別的納米微光學(xué)器件，在1毫米尺寸的光場(chǎng)區(qū)域內(nèi)，即可實(shí)現(xiàn)億萬(wàn)量級(jí)的光場(chǎng)控制單元，對(duì)輸入光場(chǎng)進(jìn)行豐富、靈活的調(diào)節(jié)，幾乎可以實(shí)現(xiàn)任何復(fù)雜的輸出光場(chǎng)的要求，其尺寸小、功能強(qiáng)大、光強(qiáng)利用效率極高，是未來(lái)汽車霧燈領(lǐng)域的重要應(yīng)用技術(shù)。
[0003]傳統(tǒng)的汽車霧燈光場(chǎng)的光學(xué)設(shè)計(jì)，是針對(duì)發(fā)光光源(如齒素?zé)?、LED等)的特點(diǎn)，通過(guò)使用折射光學(xué)元件，如透鏡、反射鏡、微透鏡陣列、鏡頭、散光片，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)光光場(chǎng)的二次調(diào)制，實(shí)現(xiàn)所需要光場(chǎng)的輸出。該傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式是通過(guò)折射、遮擋、成像的方法，對(duì)入射光場(chǎng)進(jìn)行調(diào)制，設(shè)計(jì)方法的光學(xué)元件復(fù)雜、數(shù)量較多，光利用效率非常低下，且功能單一，無(wú)法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的照明光場(chǎng)，例如對(duì)于嶄新應(yīng)用領(lǐng)域的大傾斜角度汽車霧燈、光強(qiáng)分布非對(duì)稱矯正、100米以上遠(yuǎn)距離霧燈等應(yīng)用領(lǐng)域，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式都無(wú)法實(shí)現(xiàn)。同時(shí)傳統(tǒng)照明光場(chǎng)設(shè)計(jì)方式，其光學(xué)器件尺寸大、成本很高，對(duì)應(yīng)用環(huán)境要求很高，光學(xué)器件表面的細(xì)微灰塵都會(huì)造成異形光場(chǎng)的嚴(yán)重缺陷，上述因素為該產(chǎn)品的使用造成了很多不利的因素，嚴(yán)重的限制了產(chǎn)品的市場(chǎng)應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷和不足，提供了一種可適應(yīng)復(fù)雜多樣的應(yīng)用環(huán)境，完全實(shí)現(xiàn)光場(chǎng)的高光利用效率、低成本、光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、尺寸小、高精度發(fā)散角調(diào)節(jié)系統(tǒng)，極大的提升光學(xué)系統(tǒng)的功能和可應(yīng)用性使用衍射光學(xué)元件和激光器結(jié)合的激光汽車霧燈光學(xué)系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案:一種使用衍射光學(xué)元件和激光器結(jié)合的激光汽車霧燈光學(xué)系統(tǒng)，包括一激光照射光源和一衍射光學(xué)元件，所述激光照射光源為發(fā)散光源或準(zhǔn)直平行光源；所述衍射光學(xué)元件為針對(duì)激光照射光源的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的衍射光學(xué)元件，其用于實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)所需的光場(chǎng)分布。
[0006]優(yōu)選地，所述激光照射光源為準(zhǔn)直平行光源，其激光光場(chǎng)波前為平面波或近似平面波。
[0007]優(yōu)選地，所述激光照射光源為發(fā)散光源，其激光光場(chǎng)波前為球面波。
[0008]優(yōu)選地，所述衍射光學(xué)元件具備對(duì)入射光場(chǎng)的X和Y方向發(fā)散角分別調(diào)至處理的功能，將入射光場(chǎng)的發(fā)散角進(jìn)行均勻化處理，實(shí)現(xiàn)所需汽車霧燈圖案的異形光場(chǎng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，光源照射衍射光學(xué)元件后，形成具備整體光學(xué)系統(tǒng)需要的特定發(fā)散角的光場(chǎng)。
[0009]優(yōu)選地，所述衍射光學(xué)元件具備對(duì)入射光場(chǎng)的X和Y方向的發(fā)光尺寸分別調(diào)至處理的功能，將入射光場(chǎng)的發(fā)光尺寸進(jìn)行均勻化處理，實(shí)現(xiàn)所需汽車霧燈圖案的異形光場(chǎng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，光源照射衍射光學(xué)元件后，形成具備整體光學(xué)系統(tǒng)需要的特定發(fā)光尺寸的光場(chǎng)。
[0010]優(yōu)選地，所述衍射光學(xué)元件具備針對(duì)入射光場(chǎng)的波前特性進(jìn)行相位調(diào)制的設(shè)計(jì)，將入射光場(chǎng)的波前相位進(jìn)行調(diào)至處理，實(shí)現(xiàn)所需汽車霧燈圖案的異形光場(chǎng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化。
[0011]優(yōu)選地，所述激光照射光源與衍射光學(xué)元件實(shí)現(xiàn)所需汽車霧燈圖案的異形光場(chǎng)的設(shè)計(jì)，光源照射衍射光學(xué)元件后，形成具備整體光學(xué)系統(tǒng)需要的特定光強(qiáng)分布、特定發(fā)散角的光場(chǎng)。
[0012]優(yōu)選地，所述衍射光學(xué)元件為菲涅爾衍射光學(xué)元件。
[0013]優(yōu)選地，所述衍射光學(xué)元件為夫瑯禾費(fèi)衍射光學(xué)元件。
[0014]本發(fā)明的衍射光學(xué)元件是通過(guò)對(duì)入射光場(chǎng)的波前調(diào)制，實(shí)現(xiàn)出射光場(chǎng)的光強(qiáng)分布設(shè)計(jì)，其任意形狀、發(fā)散角的照明光場(chǎng)的產(chǎn)生原理與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)有本質(zhì)區(qū)別，使用一片衍射光學(xué)元件即可取代傳統(tǒng)方法中的多種光學(xué)裝置的功能，光學(xué)元件少、尺寸小，光利用效率大幅度提高，可達(dá)到90%以上，光學(xué)功能非常豐富，可滿足任意形狀、光強(qiáng)分布的照明場(chǎng)的需求。
[0015]激光配合衍射光學(xué)元件的汽車霧燈系統(tǒng)，通過(guò)激光光場(chǎng)與衍射光學(xué)元件的結(jié)合設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)任意復(fù)雜、具有特殊意義的霧燈圖案，而且基于激光的發(fā)散角小、光束傳播方向可控、遠(yuǎn)距離傳播性能，可以實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)距離警示作用的汽車霧燈效果。
[0016]該激光汽車霧燈光學(xué)系統(tǒng)最重要的優(yōu)勢(shì)在于激光在濃霧天氣狀況下的強(qiáng)散射、可視度強(qiáng)的特性，在濃霧的天氣環(huán)境中，傳統(tǒng)霧燈的可視度很差，霧氣越濃，傳統(tǒng)霧燈的可視距離越短；而基于激光配合衍射光學(xué)元件實(shí)現(xiàn)的光束的定向傳播特性，光束的空間局部光強(qiáng)很強(qiáng)，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(jué)效果，有效的實(shí)現(xiàn)了霧燈的警示視覺(jué)作用，其在濃霧天氣環(huán)境下的可視距離達(dá)到傳統(tǒng)霧燈的10倍以上。
[0017]本發(fā)明的衍射光學(xué)元件具備體積小、安裝簡(jiǎn)單、成本低的特點(diǎn)，可大幅度的縮小光學(xué)系統(tǒng)的體積，降低光學(xué)產(chǎn)品的成本；同時(shí)衍射光學(xué)元件具備光學(xué)指標(biāo)容差較大，相對(duì)于傳統(tǒng)光學(xué)器件，其通光區(qū)域的細(xì)小灰塵、臟污對(duì)異形光場(chǎng)的影響很小，對(duì)應(yīng)用環(huán)境的要求較低，可適應(yīng)復(fù)雜多樣的應(yīng)用環(huán)境，完全實(shí)現(xiàn)了光場(chǎng)的高光利用效率、低成本、光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、尺寸小、高精度發(fā)散角調(diào)節(jié)系統(tǒng)，極大的提升了光學(xué)系統(tǒng)的功能和可應(yīng)用性。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明的光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明中激光器和衍射光學(xué)元件X方向的光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明中激光器和衍射光學(xué)元件Y方向的光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖1中1.激光器，2.衍射光學(xué)元件，3.激光霧燈照明光場(chǎng)。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，但并不是對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。
[0021]本發(fā)明中的衍射光學(xué)元件，是基于汽車霧燈系統(tǒng)使用需要，根據(jù)照射激光光源的光學(xué)參數(shù)，有針對(duì)性的進(jìn)行衍射光學(xué)元件的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)特定圖案激光光場(chǎng)的輸出，該衍射光學(xué)元件與激光器實(shí)現(xiàn)的霧燈光場(chǎng)設(shè)計(jì)，其光強(qiáng)利用效率高，光場(chǎng)分布的形狀、光強(qiáng)分布都可以靈活控制，可以根據(jù)不同款型的汽車的應(yīng)用系統(tǒng)的需要，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的霧燈圖案光場(chǎng)，是傳統(tǒng)照明設(shè)備無(wú)法實(shí)現(xiàn)的光學(xué)系統(tǒng)。衍射光學(xué)元件的功能是:入射光束為一平行或發(fā)散狀的激光光束，入射光束照射衍射光學(xué)元件實(shí)現(xiàn)一出射光場(chǎng)，該衍射光學(xué)元件是根據(jù)入射光場(chǎng)的光學(xué)特性，進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，調(diào)節(jié)入射光場(chǎng)的波前，實(shí)現(xiàn)入射光場(chǎng)到所需要出射光場(chǎng)的傅里葉變換。激光光源與衍射光學(xué)元件位置固定，只通過(guò)一片衍射光學(xué)元件的調(diào)節(jié)，即可實(shí)現(xiàn)所需復(fù)雜光強(qiáng)分布光場(chǎng)的設(shè)計(jì)，光學(xué)功能強(qiáng)大，同時(shí)可以大幅度縮小照明系統(tǒng)的尺寸，降低照明系統(tǒng)的成本，擴(kuò)展了激光照明系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用方式。
[0022]實(shí)施例1
激光器選型為發(fā)散光激光器(如半導(dǎo)體激光器)，所發(fā)出的激光，其X方向發(fā)散角Θ X和Y方向發(fā)散角Θ y會(huì)有一定區(qū)別，激光器的發(fā)光尺寸Lx和Ly也有較大區(qū)別，例如半導(dǎo)體激光器的區(qū)別很大，θ X約為40度，Θ y約為10度，Lx為lum, Ly為lOOum。
[0023