CN107798892B - 一种交通信号灯 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种交通信号灯，包括光学面罩、灯壳、光源板及菲涅尔透镜，所述灯壳上设有一凹腔，所述光源板安装在所述凹腔的底部，所述光学面罩固定在所述灯壳上以将所述凹腔密封，且光学面罩的内表面上设有向内凸起的微结构，所述菲涅尔透镜安装在所述光源板和所述光学面罩之间，所述菲涅尔透镜包括入射面和出射面，所述入射面和出射面上均设有齿纹结构；所述出射面的齿纹结构位于所述菲涅尔透镜的中心区域，以使光源发出的小角度光线在出射时折射准直；所述入射面的齿纹结构位于所述菲涅尔透镜的边缘区域，以使光源发出的大角度光线在入射时反射准直。该交通信号灯可大大减小菲涅尔损耗，提高光学利用率，发光均匀。

Description

一种交通信号灯
技术领域
本发明涉及照明装置领域，具体涉及一种交通信号灯。
背景技术
LED光源具有耗电量低、发光率高和使用寿命长的优点，被广泛用于交通信号灯上。但未经二次光学处理的LED信号灯光源亮度虽高，但亮度不均匀，轴线方向亮度高，比较刺眼，视角越大亮度越低，光通量分布极不合理，且为了实现发光均匀，需要大量LED灯珠阵列排布，其电气可靠性低，成本较高，只能满足简单的配光应用。因此，市面上出现了较多优化的交通信号灯，其通常包括若干个LED灯珠、光源透镜、菲涅尔透镜以及灯罩，整体配合实现交通信号灯的发光均匀和光学要求。但现有的交通信号灯菲涅尔损耗大，光学利用率低，光源发出的大角度光线经过两次折射仍无法实现准直出射，形成无效杂散光；为了减小菲涅尔损耗，只能将灯具做得较厚，减小光源位置与菲涅尔透镜边缘的夹角，这使得整个灯具的成本大大提高，且灯具也较为厚重。
发明内容
因此，针对上述的问题，本发明目的在于提供一种交通信号灯，可大大减小菲涅尔损耗，提高光学利用率，发光均匀。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种交通信号灯，包括光学面罩、灯壳、光源板及菲涅尔透镜，所述灯壳上设有一凹腔，所述光源板安装在所述凹腔的底部，所述光学面罩固定在所述灯壳上以将所述凹腔密封，且光学面罩的内表面上设有向内凸起的微结构，所述菲涅尔透镜安装在所述光源板和所述光学面罩之间，所述菲涅尔透镜包括入射面和出射面，所述入射面和出射面上均设有齿纹结构；所述出射面的齿纹结构位于所述菲涅尔透镜的中心区域，以使光源发出的小角度光线在出射时折射准直；所述入射面的齿纹结构位于所述菲涅尔透镜的边缘区域，以使光源发出的大角度光线在入射时反射准直。本发明将菲涅尔透镜设置成双面齿纹结构，菲涅尔透镜中心区域为折射式，齿纹朝外，光线在出射的时候进行折射准直；菲涅尔透镜边缘区域为反射式，齿纹朝内，光线在入射的时候进行反射准直，然后再准直出射，相对于传统的单面齿纹（全部折射式），避免了无效杂散光，大大减小了边缘入射光线的菲涅尔损耗，提高光学利用率，使发光均匀。
优选地，所述光学面罩的外表面为光滑曲面，其内表面为微结构曲面，所述光滑曲面和所述微结构曲面均为外突的曲面形状，且所述曲面整体向下倾斜一定角度。传统的交通信号灯使用平面的光学面罩在反射太阳光时，会在某个位置上形成较大亮度，但实际灯未点亮的情况，在太阳光照射下，在该位置上的人容易误以为灯亮了。该方案的曲面光学面罩可将太阳光反射分散各个方向，反射后各个角度观测的亮度较弱，不会引起误会；且由于信号灯安装较高位置，人位于信号灯的下方观测，倾斜向下的设计，增加了可视角，有利于人眼观测。
优选地，所述光源板的位置与所述菲涅尔透镜两对称边缘位置形成的夹角大于120°。该方案的设置可减小灯具整体的厚度。
优选地，还包括多个光源透镜，各光源透镜一一对应的罩设在所述光源板的LED灯珠上。
优选地，所述微结构为复数个排列在所述光学面罩的内表面上的微镜。
优选地，所述入射面的齿纹结构和所述出射面的齿纹结构均为层层向外分布的齿纹环。
优选地，所述入射面的齿纹环中，各环的齿形截面均呈等边三角形；所述出射面的齿纹环中，各环的齿形截面均呈直角三角形。
优选地，所述入射面的齿纹结构面积与所述出射面的齿纹结构面积相比为3:2。
优选地，所述曲面整体向下倾斜5°-35°。
本发明的有益效果是：本发明的一种交通信号灯，发光均匀，光学效率高，可避免太阳幻象影响和灰尘堆积，大大减小菲涅尔损耗，成本低，装配简单，可满足多种配光要求。
附图说明
图1为实施例之菲涅尔透镜的出射面的示意图；
图2为实施例之菲涅尔透镜的入射面的示意图；
图3为实施例之菲涅尔透镜的光路原理图；
图4为实施例之交通信号灯的剖视图；
附图标记说明：
光学面罩10、灯壳20、凹腔21、光源板30、光源透镜40、菲涅尔透镜50、入射面51、出射面52。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案、积极效果更加清楚明白，通过以下实施例对本发明进行进一步详细说明。以下对于具体实施方案的描述仅用于解释本发明，并不限定本发明。
在本发明中需要说明的是，术语“上”“下”“内”“外”等均为基于附图所示的方位或位置关系，以上术语仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示本发明的装置或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。
如图4所示，本发明揭示了一种交通信号灯，包括光学面罩10、灯壳20、光源板30、多个光源透镜40及菲涅尔透镜50。灯壳20上设有一凹腔21，光源板30安装在凹腔21的底部，且光源板30安装的位置与菲涅尔透镜50两对称边缘位置形成的夹角R大于120°，以减小灯具整体的厚度。各光源透镜40一一对应的罩设在光源板30的LED灯珠上。
光学面罩10固定在灯壳20上以将凹腔21密封。光学面罩10的内表面设有向内凸起的微结构11，微结构11为复数个排列在内表面上的微镜，微镜具有六个棱面，六个棱面中有五个为平面，另一个为凸面，六个棱面中与凸面相对的棱面为一矩形的平面，其贴设在内表面上，六个棱面中与凸面相邻的四个平面与其余的微镜的棱面紧贴在一起；凸面和内表面进行光的折射，内表面为光学面罩10与凹腔21相对的一面。光学面罩10的外表面为光滑曲面，其内表面为微结构曲面，光滑曲面和微结构曲面均为外突的曲面形状，且曲面整体向下倾斜5°-35°；倾斜的角度是曲面与竖直平面的夹角。然后，光学面罩10的纵截面呈凸形。凸形的两连接耳卡接在灯壳20上。曲面的光学面罩10可将太阳光反射分散到各个方向，反射后各个角度观测的亮度较弱，不会引起误会；且由于信号灯安装较高位置，人位于信号灯的下方观测，倾斜向下的设计，增加了可视角，有利于人眼观测。
结合图1和图2；菲涅尔透镜50安装在光源板30和光学面罩10之间；具体的为，菲涅尔透镜50的周缘固定连接灯壳20的周缘。菲涅尔透镜50包括入射面51和出射面52，入射面51和出射面52上均设有齿纹结构，并且入射面51的齿纹结构和出射面52的齿纹结构均为层层向外分布的齿纹环。出射面52的齿纹结构位于菲涅尔透镜50的中心区域，其齿纹环中，各环的齿形截面均呈等边三角形，以使光源发出的小角度光线在出射时折射准直。入射面51的齿纹结构位于菲涅尔透镜50的边缘区域，其齿纹环中各环的齿形截面均呈直角三角形，以使光源发出的大角度光线在入射时反射准直。然后入射面51的齿纹结构面积与出射面的齿纹结构面积相比为3:2。
结合图3，本发明的菲涅尔透镜50的光路为：光源板30发出的小角度光线，入射经过平面A折射，然后经直角三角形的斜面B折射，形成准直光线出射，此过程菲涅尔损耗较小。光源板30发出的大角度光线，入射经等边三角形的斜面C折射，射向等边三角形的斜面D，然后在斜面D发生全反射，准直射向出射面52的平面，然后穿过平面准直出射，此过程大大减小了菲涅尔损耗。
本发明的整个光路为：光源透镜40将光源板30发出的光集中在出光区域内，并且等照度的分布在菲涅尔透镜50上，避免其照射到灯壳20内壁上，造成光损耗。菲涅尔透镜50将内侧接收到的光线转化为水平光线射向光学面罩10的内表面。光学面罩10的微结构11将接收到的平行光线在内表面处转化为所需的光强分布要求出射。
与现有技术相比，本发明将菲涅尔透镜50设置成双面齿纹结构，菲涅尔透镜50中心区域为折射式，齿纹朝外，光线在出射的时候进行折射准直；菲涅尔透镜50边缘区域为反射式，齿纹朝内，光线在入射的时候进行反射准直，然后再准直出射，相对于传统的单面齿纹（全部折射式），避免了无效杂散光，大大减小了边缘入射光线的菲涅尔损耗，提高光学利用率，使发光均匀。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其他各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种交通信号灯，包括光学面罩、灯壳、光源板及菲涅尔透镜，所述灯壳上设有一凹腔，所述光源板安装在所述凹腔的底部，所述光学面罩固定在所述灯壳上以将所述凹腔密封，且光学面罩的内表面上设有向内凸起的微结构，所述菲涅尔透镜安装在所述光源板和所述光学面罩之间，其特征在于：所述菲涅尔透镜包括入射面和出射面，所述入射面和出射面上均设有齿纹结构；所述出射面的齿纹结构位于所述菲涅尔透镜的中心区域，以使光源发出的小角度光线在出射时折射准直；所述入射面的齿纹结构位于所述菲涅尔透镜的边缘区域，以使光源发出的大角度光线在入射时反射准直。
2.如权利要求1所述的一种交通信号灯，其特征在于：所述光学面罩的外表面为光滑曲面，其内表面为微结构曲面，所述光滑曲面和所述微结构曲面均为外突的曲面形状，且所述曲面整体向下倾斜一定角度。
3.如权利要求1所述的一种交通信号灯，其特征在于：所述光源板的位置与所述菲涅尔透镜两对称边缘位置形成的夹角大于120°。
4.如权利要求1所述的一种交通信号灯，其特征在于：还包括多个光源透镜，各光源透镜一一对应的罩设在所述光源板的LED灯珠上。
5.如权利要求1所述的一种交通信号灯，其特征在于：所述微结构为复数个排列在所述光学面罩的内表面上的微镜。
6.如权利要求1所述的一种交通信号灯，其特征在于：所述入射面的齿纹结构和所述出射面的齿纹结构均为层层向外分布的齿纹环。
7.如权利要求6所述的一种交通信号灯，其特征在于：所述入射面的齿纹环中，各环的齿形截面均呈等边三角形；所述出射面的齿纹环中，各环的齿形截面均呈直角三角形。
8.如权利要求1所述的一种交通信号灯，其特征在于：所述入射面的齿纹结构面积与所述出射面的齿纹结构面积相比为3:2。
9.如权利要求2所述的一种交通信号灯，其特征在于：所述曲面整体向下倾斜5°-35°。
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