CN2486837Y - 发光二极管信号灯 - Google Patents

Abstract

一种LED信号灯,其由一电路板组装多个LED为光源,经过一具有光学调制功能的前罩透出光线;其中该前罩的外侧面为一平滑面,内侧面连结设有多个透镜块,该透镜块具有光学调制作用并与LED对应设置,透镜块面对LED的一侧设置有垂直及水平连续排列的多个透镜体,当LED所发射的光线经过透镜块的方向调制,可将垂直方向及水平方向射出的光线重新分配并调节指向设定区域的方向,充分引导并有效利用LED所发射的光。

Description

发光二极管信号灯

本实用新型涉及一种LED(发光二极管)信号灯，尤其涉及一种应用LED配合一具有光学调制作用的前罩，利用透镜块将所对应的LED所发射的光线经过透镜块的多个连续透镜体的方向调制，可将垂直方向及水平方向的射出光线重新分配并调节指向设定区域的方向，充分引导并有效利用LED所发射之光的信号灯。

一般传统上，人们所熟悉的各种交通标志灯、信号灯、高处照明灯…等等照明设备，都是使用白炽钨丝灯(incandescent light bulbs)作为光源，但白炽钨丝灯用电量高且容易高温烧毁，故其更换频繁极其不方便；另外，白炽钨丝灯所使用的反光聚光板，在阳光照射时造成的反射光现象，对于使用于交通标志灯将造成驾驶人误判的危险：再者，白炽钨丝灯的照明方式是以灯泡为中心，其照明区域为上下左右平均对称分布，其在使用于标志灯时，仅有灯泡、中心轴水平线以下的照明区域为驾驶人或行人的有效视觉范围，向上发散的光线即成为不必要的能源浪费，也使白炽钨丝灯的使用效率降低。

相对于白炽钨丝灯，LED(light emitting diodes，即发光二极体)具有单色光源、用电量低、发热量低及使用寿命长等优点，其运用于交通标志灯、信号灯及其他照明设备，可以节省80％以上的用电，降低维修费用及更换频率，并得以避免如白炽钨丝灯装置，在阳光照射的反射光现象，使驾驶人误判交通标志灯而造成的危险情况。

然而，LED发射光线的角度较小，辐射功率(即发光强度)也较小，其光线所能传输的距离较短，其使用于标志灯、照明灯等远距离需求的照明装置的光源时，则需要对LED光源作光学调制，使LED发射的光线重新分配调制并指向特定的区域及角度，以提高光能的利用效率及视觉的均匀性，以使利用最少数量的LED达到使用于各种标志灯或照明设备的检验标准或规范，如美国运输工程学会(ITE：Institute of TransportationEngineers)的交通标志灯检验标准。

有关运用LED的照明设备等已有发明，如图1A、图1B所示，美国专利第5,174,649号“LED Lamp Including Refractive Len Element”，给出一种照明设备，其是在灯罩90的射入面900设置有多个双曲面透镜901将LED(904)所发射出的光线调整成为平行光束905进入射入面900，再从射出面902射出，经过射出面902垂直凸设的弧形凸条903聚光及重新分配射出光线；此现有技术虽然已经利用光学调制将LED光线聚光并重新分配以有效利用，但仍有如下缺点：

(1)水平方向以上角度的光线，因为不在行人或驾驶者的视觉接受范围，在交通标志灯的使用上为无效的光线，浪费光能。

(2)射出面902所设置的多条弧形凸条903裸露于灯罩90的外面，容易积附尘垢、油污，造成凸条903的聚光效果及光线分配功效大为降低。

再如图2所示为第二种现有技术，美国专利第5,343,330号“DoubleRefraction and Total Refraction Solid Non-imaging Lens”，该专利是排列设置有多个立体透镜91，透镜91的后方凹设有一容置室910并插入一个LED，由LED所发射的光线经过折射面911及反射面912进行折射及全反射，最后再由射出面913射出平行光线及聚光；此现有技术，已经利用光学调制将LED光线折射、反射并予聚光并重新配置方向以有效利用，但仍有缺点：

(1)以水平方向以上角度射出的光线，不在行人或驾驶者的视觉接受范围，在交通标志灯的使用上为无效的光线，浪费光能。

(2)LED逐一插置在各个容置室910中，整体制作上而言，无法以印刷电路板方式连接，必须采用电路焊接，且因透镜及LED的数量极多，组装不易，维修更难。

图3A、图3B为第三个现有技术，美国专利第5,833,355号“LEDIlluminated Lamp Assembly”，其是在灯罩底面设置多条水平方向的带状镜条92，该带状镜条92分别形成上、下两半部920、923以调制对应的一排LED；上半部920包含一平面921及一曲面922，提供光线向下折射；下半部923包含一平面或微曲面的上区块924及一设置有多个垂直弧形凸柱的下区块925，该下半部923以上区块924提供光线穿透，以下区块925的多个弧形凸柱提供调制水平方向的配光；该现有技术虽然得以调制光线行进方向，消除水平以上角度的行进光线，有效利用光能，但其缺点如下：

(1)带状镜条，容易形成带状光线形式，对于照明设备或信号灯所需求的整体均匀发光配置，有实施上的缺点。

(2)仅对垂直方向的光学调制，其带状镜条的上半部无法水平调制、分配光线，且其放大效应相对于下半部，产生成像的差异，整体视觉效果不佳。

本实用新型的主要目的在于提供一种LED信号灯，其利用前罩的光源射入面设置的多个透镜块，通过该透镜块的光学调制作用，将对应发光源的光线的垂直射线调制到特定区域，并将水平射线重新集中分配，有效利用光能。

本实用新型的另一目的在于提供一种LED信号灯，其将对应光源利用透镜块的光线射入面设置重直及水平方向密布排列且具有不同或相同曲率的多个透镜体，使从射出面射出的光线调制形成多个光点，达到射出光线均匀分布的功效。

本实用新型的另一目的在于提供一种LED信号灯，其利用前罩的多个透镜块，通过该透镜块为组成单元，可以根据使用的目的排列组成任何形状及造型的前罩。

本实用新型的延伸目的在于提供一种LED信号灯，其前罩的光源射出面为光滑面，使其避免尘垢附着其上，提供有效的照度。

为实现本实用新型的目的，提供一种LED信号灯，乃有效应用LED及光学调制原理，并具体改进现有技术的缺点，其是由一电路板组装多个LED为光源，经过一具有光学调制功能的前罩透出光线；其中该前罩的外侧面(即光线射出面)为一平滑面，内侧面(即光线射入面)连结设有多个透镜块，该透镜块其有光学调制作用并与LED对应设置，透镜块面对LED的一侧设置有垂直及水平连续排列的多个透镜体，透镜块所设置的多个透镜体其垂直剖视图及水平剖视图其外观主架构皆为一开口指向平滑面的弧形曲线，该透镜体的垂直、水平曲率半径可为相同或不同。当LED所发射的光线经过透镜块的多个连续透镜体的方向调制，可将垂直方向及水平方向射出的光线重新分配并调节指向设定区域的方向，充分引导并有效利用LED所发射的光线。

为详细说明本实用新型的目的、特征及功效，现通过下述较佳的具体实施例，配合所附的图式，对本实用新型做一详细说明：

图1A为现有技术一，美国专利第5,174,649号光线路径的俯视图；

图1B为现有技术一，美国专利第5,174,649号光线路径的侧视图；

图2为现有技术二，美国专利第5,343,330号的立体透镜剖视及光线路径的侧视图；

图3A为现有技术三，美国专利第5,833,355号的带状镜条的部份立体视图；

图3B为现有技术三，美国专利第5,833,355号光线路径的侧视图；

图4为本实用新型实施例组合的剖视图，其显示透镜块及LED成对应的示意图；

图5为本实用新型实施例前罩的射入面视图：

图6为本实用新型实施例透镜块的立体视图；

图6A为本实用新型实施例透镜块的垂直方向剖视图；

图6B为本实用新型实施例透镜块的水平方向剖视图；

图7为本实用新型实施例透镜块的垂直方向剖视与光源光线示意图；

图7A为本实用新型实施例透镜块的垂直方向剖视与光源光线远距离示意图；

图8为本实用新型实施例透镜块的水平方向剖视与光源光线示意图；

图8A为本实用新型实施例透镜块的水平方向剖视与光源光线远距离示意图；

图9为本实用新型实施例透镜块正前方的照度图；

图9A为本实用新型实施例透镜块的成像图一，其表示透镜块在水平的正面观测状态；

图9B为本实用新型实施例透镜块的成像图二，其表示透镜块在水平以下3度的正面观测状态；

图9C为本实用新型实施例透镜块的成像图三，其表示透镜块在水平以下5度的观测状态；

图10为本实用新型透镜块的实施例二的立体视图；

图11为本实用新型透镜块的实施例三的立体视图；

图12为本实用新型透镜块的实施例四的立体视图；

图13为本实用新型透镜块的实施例五的立体视图；

图13A为本实用新型透镜块的实施例五的重直剖视图；

图14为本实用新型透镜块的实施例六的立体视图；

图14A为本实用新型透镜块的实施例六的垂直剖视图；

图15为本实用新型透镜块的实施例七的立体视图；

图15A为本实用新型透镜块的实施例七的垂直剖视图。

如图4至图6、图6A、图6B所示，本实用新型是一种LED信号灯，其是由一电路板2组装多个LED 20为光源，经过一具有光学调制功能的前罩1透出光线；其中，

该前罩1的外侧面(即光线射出面)为一平滑面，该平滑面可为一平面、一凸面或一凹弧面，在本实施例为一平面，前罩1的内侧面(即光线射入面)连结设有多个透镜块11；透镜块11可配合前罩1的形状，采用紧密排列、错移排列或混合排列，组成所需的任何形状，本实施例的前罩1大概为一圆形。

该透镜块11从正面看，其基本外观呈多边形或接近圆形的凸透镜，在本实施例为六边形的凸透镜，透镜块11具有光学调制作用并与LED 20对应设置，透镜块11的垂直剖视图及水平剖视图其外观主架构皆为一开口指向平滑面的弧形曲线111、112，如图6A、图6B所示，垂直方向的弧形曲线111的开口略为向下方，而水平方向的弧形曲线112为左右对称；透镜块11面对LED 20的凸面设置有垂直及水平连续密布排列的多个不同曲率半径的连续透镜体110，且每一透镜体110垂直方向的曲率半径及水平方向的曲率半径亦不相同，使透镜块11形成一个密布透镜体110的光学调制单元体。

参考图7、图7A，由LED 20所发射垂直指向的光线经过各个透镜体110调节并在透镜块11的前方聚焦，再分配射向垂直排列的各个设计角度区域，如图7A所显示的各个角度区域光线示意，是为距离透镜块11一公尺远的位置，当观测者的眼睛位于各种不同角度区域观看时，可以看到每一个透镜块11形成多排水平排列的光源虚像成像状态(请参阅图9及图9A至图9C)。前述透镜块11垂直方向的弧形曲线111其开口略为向下，其主要的功效是在于调制LED 20所发射垂直指向的光线，使水平线仰角大于零度而向上发散的光线予以调制指向水平以下，重新分配LED20垂直方向的光线，调节指向设定的区域内，充分引导并有效利用垂直方向的光能。

再参考图8、图8A所示，由LED 20所发射出水平方向的光线，经过各个透镜体110调节并在透镜块11的前方聚焦，再分配射向水平排列的各个设计角度区域，如图8A所显示的各个角度区域光线示意，是为距离透镜块11一公尺远的位置，当观测者的眼睛位于各种不同角度区域观看时，可以看到每一个透镜块11形成多排垂直排列的光源虚像成像状态(可以参阅图9及图9A至图9C)。前述透镜块11水平方向的弧形曲线112其开口为左右对称，其功效在于调制LED 20所发射水平指向的光线，使光线予以重新分配指向设定的区域内，充分引导并有效利用水平方向的光能。

本实用新型实施例的具体达成的功效，如图9所示，其是本实用新型透镜块11正前方的照度图，可以清楚看到LED 20单一光源经过透镜块11的调制，被分配形成数个照明区块的实际状态，即是本实用新型利用该透镜块11光线射入凸面所密布设置的多个透镜体110，将对应的LED 20单一光源调制分配形成多个光源；运用于信号灯上，使信号灯散发出数倍于其所设置的LED 20的光源点，形成密布光源点且近似于面状的成像效果，有效提高观看信号灯的行人或驾驶者的视觉警示作用；如图9A至图9C所示，是为距离透镜块11一公尺远的位置，观测者的眼睛所看到每一个透镜块11形成光源虚像成像状态，其中图9A是在透镜块11正前方水平0度位置，图9B是在水平以下3度位置，图9C是在水平以下5度位置的观测状态，本实用新型的透镜块11因垂直及其水平连续设置不同曲率的多个透镜体110的设计，将每一个LED 20所发射出的单一光源点成像为一整片多个密布的均匀光点区，确实有效重新分配光能，强化观测者视觉接受度及警示效果。

图10所示为本实用新型实施例二，其中的透镜块31可分为上、下两段，分别设置不同宽度的连续透镜体310、311，形成不同密度的透镜体310、311群，图中透镜块31的上半段的透镜体310宽度较大，透镜体310的密度较低，透镜块31的下半段的外透镜体311宽度较小，透镜体311的密度较高；另外，透镜体311为直线排列，透镜块31下半段的水平方向的弧形曲线为无限大的直线，可应用于不同场所、不同目的的LED信号灯用途。

如图11及图12所示，为本实用新型实施例三及实施例四，其显示该透镜块41、51正面的外观为圆形及矩形，其光学调制的功能同于前述的透镜块11。

图13、图13A所示，为本实用新型实施例五，其中该透镜块61的各个透镜体610，垂直方向的曲率可以为曲率无限大的平直线，该透镜块61的透镜体610利用折射来重新分配垂直方向的光线。

图14、图14A所示，为本实用新型实施例六，其中该透镜块71所设置垂直、水平连续的多个透镜体710，其垂直方向的曲率可以为负曲率(即凹曲线)，该透镜体710以散光方式来重新分配垂直方向的光线。

图15、图15A所示，为本实用新型实施例七，其中该透镜块81设置的多个透镜体810，呈上下对称均等分布，垂直剖视图中的透镜体810分布主架构成均等的弧状曲线811，弧状曲线811的开口中心线812成水平指向，再者，透镜块81上密布对称设置的透镜体810，其垂直及水平方向的曲率相同，利用此种配置的光学调制作用，将光线聚焦、重新分配，可以使用于水平轴线上方仍需光线投射的信号灯，其通用于更远距离的用途，如作高速公路的标志用。

以上已将本实用新型作一详细说明，但以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，当不能限定本实用新型实施的范围。凡根据本实用新型申请范围所作的均等变化与修饰等，皆应仍属于本实用新型的权利要求所涵盖的范围内。

Claims (13)

1.一种发光二极管信号灯，其是由一电路板组装多个LED为光源，经过一具有光学调制功能的前罩透出光线；其特征在于：

该前罩的外侧面为一平滑面，内侧面连结设有多个透镜块；

该透镜块具有光学调制作用并与LED对应设置，透镜块的垂直剖视图及水平剖视图其外观主架构皆为一开口指向平滑面的弧形曲线，透镜块面对LED的一侧设置有垂直及水平连续密布排列的多个透镜体，该透镜体在垂直及水平方向的曲率半径为不相同；

该LED所发射的光线经过透镜块的多个透镜体的光学调制，将垂直方向及水平方向射出的光线重新分配并调节指向设定区域的方向。

2.如权利要求1所述的发光二极管信号灯，其特征在于：所述的前罩的平滑面为一平面。

3.如权利要求1所述的发光二极管信号灯，其特征在于：所述的前罩的平滑面为一凸面或一凹弧面。

4.如权利要求1所述的发光二极管信号灯，其特征在于：所述的透镜块配合前罩形状，采用紧密排列、错位排列或混合排列。

5.如权利要求1所述的发光二极管信号灯，其特征在于：所述的透镜块正面外形为多边形或近似圆形。

6.如权利要求1所述的发光二极管信号灯，其特征在于：所述的透镜块的垂直方向的弧形曲线，其开口指向为水平或略向下方。

7.如权利要求1所述的发光二极管信号灯，其特征在于：所述的透镜块的水平方向的弧形曲线，为曲率无限大的平直线。

8.如权利要求1所述的发光二极管信号灯，其特征在于：所述的透镜块的垂直及水平方向的弧形曲线，该弧形曲线的曲率为相同。

9.如权利要求1所述的发光二极管信号灯，其特征在于：所述的透镜块的透镜体，其垂直及水平方向的曲率为相同。

10.如权利要求1所述的发光二极管信号灯，其特征在于：所述的透镜块的透镜体，其水平方向的曲率由中心向外渐增或渐减。

11.如权利要求1所述的发光二极管信号灯，其特征在于：所述的透镜块所设置的透镜体为上下段不同宽度，即上下段的透镜体密度不相同。

12.如权利要求1所述的发光二极管信号灯，其特征在于：所述的透镜块的透镜体，其垂直剖视方向的曲率为无限大的平直线。

13.如权利要求1所述的发光二极管信号灯，其特征在于：所述的透镜块的透镜体，其垂直剖视方向的曲率为负值率的凹弧状。

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