CN101182904B - 一种以大功率led为光源的交通信号灯 - Google Patents

一种以大功率led为光源的交通信号灯 Download PDF

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Abstract

一种以大功率LED为光源的交通信号灯，属于交通信号灯技术领域。包括LED面光源、壳体，其特征在于LED面光源配合设置在带散热片的灯座底部，灯座前端部位配合设置全反射复合透镜，灯座与壳体后端部配合连接，壳体前端部依次连接设置菲涅耳透镜、微透镜阵列散光片，LED面光源1由相应的大功率LED彩色芯片阵列构成。本发明采用大功率LED面光源，经过全反射复合透镜，菲涅耳透镜，微透镜阵列散光片的光学处理，实现大功率LED光通量的合理分配，可提高光能利用率，大大节约了交通信号灯的电耗，有效地降低了使用成本。通过相应设置的大功率LED彩色芯片可直接得到红、黄、绿三色信号光，其功耗低，亮度高，使用寿命长，可实现200～400mm光斑和40度到100度光束角度要求。

Description

一种以大功率LED为光源的交通信号灯
技术领域
本发明属于交通信号灯的技术领域，具体涉及一种以大功率LED为光源的交通信号灯。
背景技术
目前的交通信号灯的光源主要有白炽灯或多个小功率LED构成。白炽灯发出白光，需要通过“有色滤光镜”后才能得到需要的红、黄、绿三色交通信号光，白炽灯还需要加反光碗才能增加向前射出的出光能量，经“有色滤光镜”滤光后，功耗大，亮度低，寿命短。小功率LED交通信号灯，由于未经光学处理，发光二极管的光未充分利用，配置的LED数量多，成本高，售价昂贵，由于使用的LED管数多，导致其可靠性较差，且存在有光点和黑区的缺点。
发明内容
为了克服现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种以大功率LED为光源的交通信号灯的技术方案，通过对光束进行合理处理，提高光的利用率，降低能耗。
所述的一种以大功率LED为光源的交通信号灯，包括LED面光源、壳体，其特征在于LED面光源配合设置在带散热片的灯座底部，灯座前端部位配合设置全反射复合透镜，灯座与壳体后端部配合连接，壳体前端部依次连接设置菲涅耳透镜、微透镜阵列散光片，LED面光源1由相应的大功率LED颜色排列构成。
所述的一种以大功率LED为光源的交通信号灯，其特征在于全反射复合透镜由锥面、平面、锥面全反射表面、非球面配合构成。
所述的一种以大功率LED为光源的交通信号灯，其特征在于全反射复合透镜由锥面、球面、复合抛物面、非球面配合构成。
所述的一种以大功率LED为光源的交通信号灯，其特征在于全反射复合透镜由锥面、平面、复合抛物面、平面配合构成。
所述的一种以大功率LED为光源的交通信号灯，其特征在于全反射复合透镜由锥面、平面、复合抛物面、平面配合构成。
所述的一种以大功率LED为光源的交通信号灯，其特征在于所述菲涅耳透镜的焦距为120-300mm。
所述的一种以大功率LED为光源的交通信号灯，其特征在于所述的微透镜阵列散光片由一组平凸透镜排布构成，透镜的外形是4-10个边构成的正多边形，每个边的长度为1-10mm，单个微透镜焦距为25-40mm。
本发明采用大功率LED面光源，经过全反射复合透镜，菲涅耳透镜，微透镜阵列漫射片的光学处理，实现大功率LED光通量的合理分配，可提高光能利用率，大大节约了交通信号灯的电耗，有效地降低了使用成本。通过相应设置的大功率LED彩色芯片可直接得到红、黄、绿三色信号光，其功耗低，亮度高，使用寿命长，可实现200～400mm光斑和40度到100度光束角度要求。
附图说明
图1为本发明主体结构示意图；
图2为本发明光路原理图；
图3、图4、图5为全反射复合透镜三种结构示意图；
图6为实施例1的发光强度分布图；
图7为实施例1的照度分布图；
图8实施例2的发光强度分布图；
图9实施例2的照度分布图；
图10实施例3的发光强度分布图；
图11实施例3的照度分布图。
附图中：1-LED面光源、2-带散热片的灯座、3-全反射复合透镜、4-菲涅耳透镜、5-微透镜阵列散光片、6-壳体、a-锥面、b-平面、c-锥面全反射表面、d-非球面、a1-锥面、b1-球面、c1-复合抛物面、d1-非球面、a2-锥面、b2-平面、c2-复合抛物面、d2-平面。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明，并给出具体实施方式。
如图1所示，本发明主体包括LED面光源1、壳体6，LED面光源1设置在带散热片的灯座2底部，散热片2有效地将LED面光源1产生的热量散走，使整个灯具工作在较合适的范围内，提高了LED面光源1的使用寿命。灯座2前端部位配合设置全反射复合透镜3，底座2与壳体6后端部配合连接，壳体6前部依次连接设置菲涅耳透镜4、微透镜阵列散光片5，微透镜阵列散光片5可直接当作该交通信号灯的灯罩。光路原理图如图2所示，LED面光源1发出的光一般为宽光束向前方出射，中心光强较强，向外逐渐减弱，为提高光能的利用率，本发明使用全反射复合透镜3收集光束，利用该透镜的侧壁对部分入射光线进行全反射后，将出射光线相对于入射光线在空间进行重新分布，经过全反射复合透镜3后的光线满足交通信号灯对光斑大小和均匀度的要求；再采用菲涅耳透镜4，对光线进行准直，形成准平行光；最后采用微透镜阵列5，既作为散射光的器件，又作为灯罩，通过各个微透镜阵列单元使入射光整形成宽视角度的交通信号灯光，实现光通量的合理分配，并有效提高了光的利用率。
实施例1：LED面光源1为4×2阵列红光LED，每个LED发光芯片为1mm×1mm，加硅胶封装后，可看作直径8mm的发光面，发光强度为60cd，半强度角为120度。全反射复合透镜3由4个基本面构成，如图3所示，a为锥面，锥角为70度，b为圆平面，尺寸为Ф2mm，c为锥面全反射表面，锥角为15度，d为非球面，面形轨迹方程为：
Figure G2007101644330D00041
其中的参数设置为：R＝-7.356mm，K＝-70.178，A＝-1.8e-5mm-3，B＝2.34e-7mm-5，C＝-2.338e-10mm-7，D＝-5.536e-12mm-9，E＝3.178e-15mm-11；菲涅耳透镜4焦距为150mm；微透镜阵列散光片5由6×6mm正方形平凸透镜构成，单个微透镜焦距为40mm。该交通信号灯实现发光面直径400mm、发光角度为45度，中心发光强度为650mcd的发光光源，其发光强度分布、照度分布分别如图6、图7所示。
实施例2：LED面光源1为4×3阵列黄光LED，每个小的发光芯片为1mm×1mm，加硅胶封装后，可看作直径10mm的发光面，发光强度为66cd，半强度角为120度。全反射复合透镜3由4个基本面构成，如图4所示，a1为锥面，锥角为3.5度，b1为球面，曲率半径为52.5mm，c1为复合抛物面，面形轨迹方程为：
Figure G2007101644330D00042
L＝a′(1+sinθi)cotθi/sinθi＝(a+a′)cotθi，f＝a′(1+sinθi)，其中的参数设置为：a＝22mm，a′＝6mm，θi＝25°，d1为非球面，面形轨迹方程为：
Figure G2007101644330D00043
其中的参数设置为：R＝45.55mm，K＝-3.582，A＝-2.351e-5mm-3，B＝8.978e-7mm-5，C＝-4.92e-10mm-7，D＝1.2376e-12mm-9，E＝-5.248e-15mm-11；菲涅耳透镜4焦距为160mm；微透镜阵列漫射片5由5×5mm正六边形平凸透镜构成，单个微透镜焦距为25mm。该交通信号灯具实现发光面直径200mm、发光角度为45度，中心发光强度为1020mcd的发光光源，其发光强度分布、照度分布分别如图8、图9所示。
实施例3：LED面光源1为5×1阵列绿光LED，每个小的发光芯片为1mm×1mm，加硅胶封装后，可看作直径10mm的发光面，发光强度为50cd，半强度角为120度。全反射复合透镜3由4个基本面构成，如图5所示，a2为锥面，锥角为90度，b2平面，c2为复合抛物面，面形轨迹方程为：
Figure G2007101644330D00051
L＝a′(1+sinθi)cotθi/sinθi＝(a+a′)cotθi，f＝a′(1+sinθi)，其中的参数设置为：a＝28mm，a′＝10mm，θi＝30°，d2为平面，菲涅耳透镜4焦距为180mm；微透镜阵列漫射片5由7×7mm正方形平凸透镜构成，单个微透镜焦距为30mm。该交通信号灯具实现发光面直径300mm、发光角度为35度，中心发光强度为830mcd的发光光源，其发光强度分布、照度分布分别如图10、图11所示。

Claims (4)

1.一种以大功率LED为光源的交通信号灯，包括LED面光源(1)、壳体(6)，其特征在于LED面光源(1)配合设置在带散热片的灯座(2)底部，灯座(2)前端部位配合设置全反射复合透镜(3)，灯座(2)与壳体(6)后端部配合连接，壳体(6)前端部依次连接设置菲涅耳透镜(4)、微透镜阵列散光片(5)，所述的LED面光源(1)由相应的大功率LED颜色芯片排列构成，所述菲涅耳透镜(4)的焦距为120-300mm，所述的微透镜阵列散光片(5)由一组平凸透镜排布构成，单个平凸透镜的外形是4-10个边构成的正多边形，每个边的长度为1-10mm，单个平凸微透镜焦距为25-40mm。
2.如权利要求1所述的一种以大功率LED为光源的交通信号灯，其特征在于全反射复合透镜(3)由锥面(a)、平面(b)、锥面全反射表面(c)、非球面(d)配合构成。
3.如权利要求1所述的一种以大功率LED为光源的交通信号灯，其特征在于全反射复合透镜(3)由锥面(a1)、球面(b1)、复合抛物面(c1)、非球面(d1)配合构成。
4.如权利要求1所述的一种以大功率LED为光源的交通信号灯，其特征在于全反射复合透镜(3)由锥面(a2)、平面(b2)、复合抛物面(c2)、平面(d2)配合构成。
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Denomination of invention: Traffic signal light taking high power LED as light source high power LED

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License type: Exclusive License

Open date: 20080521

Record date: 20110701

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