[发明专利]用LED光源与衍射光学元件实现的交通信号灯光学系统

权利要求书

1.一种用LED光源与衍射光学元件实现的交通信号灯光学系统，其特征在于：其包括一LED照射光源和一个以上衍射光学元件，LED光场照射衍射光学元件后，LED照射光源的光场经过该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，对于不同形状的信号灯图案的光场分布，通过设计调整衍射光学元件的光场波前相位调制、微观形貌和整体尺寸，或者通过多个衍射光学元件的拼接来实现；

所述LED照射光源的光场为未经过几何光学处理的LED芯片的光场，或者是经过后续几何光学处理的LED光场；

所述衍射光学元件，是基于交通信号灯图案光场需要，根据LED照射光源的光学参数以及人眼光学系统，有针对性的进行衍射光学元件的设计；

所述LED照射光源的光场波前为朗伯体光源或近似朗伯体光源；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；

所述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制处理，实现所需交通信号灯图案的异形光场的设计优化；

所述LED照射光源与衍射光学元件实现所需交通信号灯图案的异形光场的设计，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光强分布、特定发散角的光场。

2.根据权利要求1所述的一种用LED光源与衍射光学元件实现的交通信号灯光学系统，其特征在于：假设衍射光学元件的形状为A1，该衍射光学元件是针对LED照射光源的光场的参数以及人眼观察物体的光学原理进行设计，设计效果是LED照射光源的光场照射衍射光学元件后，其出射光场的区域，人眼观察到的效果是看到了形状为SA1的发光体；对于不同形状的信号灯图案的光场分布，通过设计调整衍射光学元件A1，或者通过多个衍射光学元件的拼接A1-AN的DOE实现SA1-SAN的图案，即以A为基本单元拼接出信号灯的形状SA，使用LED光照射衍射光学元件后，衍射光学元件的出射光场区域内，人眼观察到的图案就是被A所拼接的信号灯图案SA。

3.根据权利要求1所述的一种用LED光源与衍射光学元件实现的交通信号灯光学系统，其特征在于：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。

4.根据权利要求1所述的一种用LED光源与衍射光学元件实现的交通信号灯光学系统，其特征在于:所述衍射光学元件具备对LED照射光源入射光场的X和Y方向发散角分别调制的功能，将入射光场的发散角进行均匀化处理，实现所需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。

5.根据权利要求1所述的一种用LED光源与衍射光学元件实现的交通信号灯光学系统，其特征在于：所述衍射光学元件具备对LED照射光源入射光场的X和Y方向的发光尺寸分别调制的功能，将入射光场的发光尺寸进行均匀化处理，实现所需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。