激光式三色交通信號燈的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于光學系統(tǒng)技術領域，具體為一種激光式三色交通信號燈。
【背景技術】
[0002] 交通信號燈是交通安全產(chǎn)品中的一個種類，是為了加強道路交通管理，減少交通 事故的發(fā)生，提高道路使用效率，改善交通狀況的一種重要工具。適用于十字、丁字等交叉 路口，由道路交通信號控制機控制，指導車輛和行人安全有序地通行。
[0003] 目前常見的交通信號燈主要分為兩部分：光源及面罩，將多顆單色LED(發(fā)光二極 管）按照一定的形狀進行排布，而后利用面罩將其進行簡單的封裝。該方案主要的不足之 處在于：比如封裝結(jié)構(gòu)無法對出射光進行控制，很難滿足照射角度及照射均勻性的要求； 近距離觀察信號燈時，其發(fā)光面不均勻，存在明顯的顆粒感；光能利用率較低，需要采用多 個LED來提高亮度。 【實用新型內(nèi)容】
[0004] 為了克服現(xiàn)有技術存在的不足，本實用新型提供一種激光式三色交通信號燈。
[0005] 為解決上述技術問題，實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過如下技術方案實現(xiàn)：
[0006] -種激光式三色交通信號燈，包括光源和準直系統(tǒng)，還包括擴束系統(tǒng)和散熱系統(tǒng)， 所述擴束系統(tǒng)位于光源和準直系統(tǒng)之間，所述散熱系統(tǒng)用于防止擴束系統(tǒng)受熱，所述光源 發(fā)出的光經(jīng)過擴束系統(tǒng)擴束后照射到準直系統(tǒng)并經(jīng)過準直系統(tǒng)形成均勻光束。
[0007] 本實用新型的有益效果如下：充分利用了激光的單色性好、亮度高、指向性好及光 學衍射器件的體積小、重量輕、集成性高等優(yōu)點，在滿足以上設計要求的前提下實現(xiàn)了交通 信號燈所需要的照明效果，并且具有系統(tǒng)緊湊型強的特點，突破了傳統(tǒng)交通信號燈設計理 念，與傳統(tǒng)交通信號燈相比具有照明效果好、結(jié)構(gòu)緊湊、光能利用率高等優(yōu)點，具有良好的 應用前景。
【附圖說明】
[0008] 為了使本實用新型的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本實用新型提供如下 附圖進行說明：
[0009] 圖1為交通信號燈的結(jié)構(gòu)框圖；
[0010] 圖2為交通信號燈的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011] 圖3為人眼明視覺相對光譜效率與波長的關系圖。
【具體實施方式】
[0012] 下面結(jié)合附圖及本實用新型的【具體實施方式】對本實用新型激光式三色交通信號 燈作以下說明。
[0013] 實施例：一種激光式三色交通信號燈，包括光源1和準直系統(tǒng)3,還包括擴束系統(tǒng)2 和散熱系統(tǒng)4,所述擴束系統(tǒng)2位于光源1和準直系統(tǒng)3之間，所述散熱系統(tǒng)4用于防止擴 束系統(tǒng)2受熱，所述光源1發(fā)出的光經(jīng)過擴束系統(tǒng)2擴束后照射到準直系統(tǒng)3并經(jīng)過準直 系統(tǒng)3形成均勻光束。
[0014] 光源1包括紅色激光、黃色激光和綠色激光。其中，紅色激光的發(fā)光功率 為40. 9mw-102. 2mw，黃色激光的發(fā)光功率為11. 4mw-28. 5mw，綠色激光的發(fā)光功率為 12. 6mw-31. 4mw〇
[0015] 擴束系統(tǒng)2采用已被激光直寫儀刻蝕成多臺階結(jié)構(gòu)的光學衍射器件對具有一定 發(fā)散角的激光光束進行擴束，同時配合出射激光的參數(shù)尺寸進行優(yōu)化設計。準直系統(tǒng)3采 用菲涅爾透鏡并將其光滑面用作光學面罩，使其滿足在規(guī)定照射區(qū)域（水平方向角度為左 右30之間，俯仰方向角度為0°到向下10°之間）內(nèi)的光強分布均勻。擴束系統(tǒng)2采用 的光學衍射器件對具有一定發(fā)散角度的出射激光進行擴束，使得激光束在衍射距離為山時 覆蓋直徑9=3〇〇mm的圓形菲涅爾透鏡。光學衍射器件是一種采用激光直寫工藝在透明 基底上刻蝕經(jīng)過設計的臺階結(jié)構(gòu)的光學元件，可實現(xiàn)對入射激光進行大角度擴束。光學衍 射器件的設計原理與算法可以在相關的文獻資料中查找，常見的有基于正反傅里葉變換的 G-S迭代算法及相應的改進算法。制作符合本實例的光學衍射器件可以根據(jù)具體的激光器 出射光場分布，經(jīng)過相應的設計與加工制作，使得激光束經(jīng)過光學衍射器件進行大角度擴 束，從而使得激光束覆蓋整個菲涅爾透鏡區(qū)域。
[0016] 準直系統(tǒng)3所采用的菲涅爾透鏡在材料選擇方面采用高透光率、機械強度高、內(nèi) 部應力小的PC材料實現(xiàn)對交通信號燈的外部保護。
[0017] 散熱系統(tǒng)4采用半導體散熱片，以此增大散熱面積，提高散熱效率，從而保證元件 的使用性能，尤其是防止光學衍射器件因受熱使得臺階高度發(fā)生變化影響其衍射效率，從 而提高交通信號燈的使用壽命。
[0018] 在激光器參數(shù)選擇上應符合道路交通信號燈國家標準GB14887-2011的要求，對 于無圖案信號燈發(fā)光單元的發(fā)光強度分布應符合在規(guī)定照射區(qū)域（l〇m)內(nèi)，發(fā)光強度應均 勻，即在該區(qū)域內(nèi)任一方向上的發(fā)光強度，不應低于400cd，且不大于lOOOcd。
[0019] 由此可知，在10m的照射區(qū)域，基準線上的發(fā)光強度應滿足：
[0020] 400cd〈I〈1000cd (1)
[0021] 根據(jù)測光公式：
[0022] 照度[lx]=光強度[cd]*球面度/平方米（2)
[0023] 則相應的照度應在0? 761x~1. 911x之間
[0024] 根據(jù)光通量公式：
[0025] 光通量[lm]=照度*被照面積（3)
[0026] 若考慮大部分光分布需在10度范圍內(nèi)，則由式3得到相應的光通量應為： 7. 41m~ 18. 51m〇
[0027] 根據(jù)圖1中人眼明視覺相對光譜效率與波長的關系，可以獲得三色激光下的發(fā)光 效率：
[0028]
[0029] 表1紅黃綠三色激光器發(fā)光功率
[0030] 為使得該類型交通信號燈在照射區(qū)域符合國家標準須滿足表1中對三色激光的 發(fā)光功率要求。
【主權項】
1. 一種激光式三色交通信號燈，包括光源（1)和準直系統(tǒng)（3)，其特征在于：還包括擴 束系統(tǒng)（2)和散熱系統(tǒng)（4)，所述擴束系統(tǒng)（2)位于光源（1)和準直系統(tǒng)（3)之間，所述散 熱系統(tǒng)（4)用于防止擴束系統(tǒng)（2)受熱，所述光源（1)發(fā)出的光經(jīng)過擴束系統(tǒng)（2)擴束后 照射到準直系統(tǒng)（3)并經(jīng)過準直系統(tǒng)（3)形成均勻光束。2. 根據(jù)權利要求1所述的激光式三色交通信號燈，其特征在于所述光源（1)包括紅色 激光、黃色激光和綠色激光。3. 根據(jù)權利要求1或2所述的激光式三色交通信號燈，其特征在于所述擴束系統(tǒng)（2) 為光學衍射器件。4. 根據(jù)權利要求3所述的激光式三色交通信號燈，其特征在于所述光學衍射器件為臺 階結(jié)構(gòu)。5. 根據(jù)權利要求1或2所述的激光式三色交通信號燈，其特征在于所述準直系統(tǒng)（3) 為菲涅爾透鏡。6. 根據(jù)權利要求1或2所述的激光式三色交通信號燈，其特征在于所述散熱系統(tǒng)（4) 采用半導體散熱片。
【專利摘要】本實用新型公開了一種激光式三色交通信號燈，包括光源和準直系統(tǒng)，還包括擴束系統(tǒng)和散熱系統(tǒng)，所述擴束系統(tǒng)位于光源和準直系統(tǒng)之間，所述散熱系統(tǒng)用于防止擴束系統(tǒng)受熱，所述光源發(fā)出的光經(jīng)過擴束系統(tǒng)擴束后照射到準直系統(tǒng)并經(jīng)過準直系統(tǒng)形成均勻光束。本實用新型充分利用了激光的單色性好、亮度高、指向性好及光學衍射器件的體積小、重量輕、集成性高等優(yōu)點，在滿足以上設計要求的前提下實現(xiàn)了交通信號燈所需要的照明效果，并且具有系統(tǒng)緊湊型強的特點，突破了傳統(tǒng)交通信號燈設計理念，與傳統(tǒng)交通信號燈相比具有照明效果好、結(jié)構(gòu)緊湊、光能利用率高等優(yōu)點，具有良好的應用前景。
【IPC分類】F21V29/70, F21V13/00, F21W111/02, G08G1/095
【公開號】CN204926524
【申請?zhí)枴緾N201520312541
【發(fā)明人】鄧麗軍, 劉國棟, 許虎, 黃振
【申請人】江西科技師范大學
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年5月15日