[发明专利]LED交通信号灯及其光学元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种照明装置。更特别地，本发明涉及一种有效的信号灯，用于控制相对较小的光源发出的光。

背景技术

现有构造的信号灯采用多个透镜来控制光，包括第一会聚透镜和第二扩散透镜(见图1)。例如，作为参考结合于此的美国专利No.5,947,587公开了一种信号灯，包括具有开口端2的箱形外壳1，所述开口端由扩展窗3封闭。LED 4集中在外壳1的中心轴线6周围，并且作为菲涅耳透镜描述的正透镜7插在扩展窗和LED之间。

LED 4布置在一阵列内，其表面面积是菲涅耳透镜7的表面面积的25％。菲涅耳透镜7会聚光束光栅，然后扩展窗3扩散所述光。采用两个光学元件，即，菲涅耳透镜和扩展窗，经过两个光学部件后会造成光损失。另外，需要制造两个单独的光学部件并将它们组装在信号灯内，这增加了LED信号灯的制造成本并降低了效率。

因此，需要开发一种有效的信号灯，该信号灯在会聚光之前扩散光，以便控制光在地面上的分布，同时使用更少的塑料零件。

发明内容

根据本新颖概念的一个示例性实施方式包括照明装置，该照明装置具有：外壳，该外壳具有开口端和中心轴线；折射光学元件，封闭所述外壳的开口端；以及光源，与所述折射光学元件配合，处于所述折射光学元件的焦点处。该光学元件包括会聚外表面和扩散内表面。

另一个示例性实施方式是提供一种信号灯，该信号灯包括：外壳，具有开口端和中心轴线；折射光学元件，具有关于所述中心轴线旋转对称的内表面和外表面；以及点光源，布置在所述光学元件的焦点处，其中所述内表面由多个小平面构成(facet)。

进一步的示例性实施方式提供一种信号装置，包括：外壳，具有开口端，该开口端具有中心轴线；至少一个光源，沿所述中心轴线布置；外光学元件，封闭所述外壳的开口端。该光学元件包括会聚外表面和与所述光源配合的扩散内表面。在光源和外光学元件之间设置有内光学元件，所述内光学元件使光源发出的光改变方向，所述光源从外光学元件的焦点向所述外光学元件偏移。

附图说明

图1为现有技术信号灯的剖面示意图。

图2为包括具有远侧会聚表面的正透镜的信号灯的剖面示意图。

图3为包括具有由多个小平面构成的可模制内表面的正透镜的信号灯的第二实施方式的剖面示意图。

图4为用于新颖的信号灯的第三实施方式中的与光源配合的两个光学元件的示意图。

图5为图3所示的与点光源配合的透镜的侧视图。

图6为图5中所公开的光学元件上的分布光栅的光度图。

图7为图5所示的光学元件的剖面示意图。

图8为参照内基准面的分布曲面的竖直剖面示意图。

具体实施方式

图2公开了一种信号灯8，包括折射光学元件10，所述折射光学元件以准直透镜示出，并与该光学元件的焦点处的点光源12配合。准直透镜10包括内表面14和外表面16。内表面14成形为与点光源12发出的光线18垂直的形状，使得这些入射光线在内表面14处发生的折射最小或无折射。外表面16构造成使光线改变方向，以提供基本上准直(平行或几乎平行)的光束光栅。例如，认为大多数光线在约20°的光束角之内时适合形成几乎准直(几乎平行)的光束光栅。

图2还示意性地示出了用于多个LED 24的支架22。如上所述，虚拟点光源12布置在透镜10的焦点处。支架22在所述实施方式中为印刷电路板，支架从准直透镜10的焦点向内偏移，并位于与中心轴线26垂直的位置。LED 24集中在准直透镜10的中心轴线26周围，该中心轴线也可以是信号灯外壳28的中心轴线，所述信号灯外壳包括LED 24和准直透镜10。信号灯的外壳28具有由准直透镜10封闭的开口端。支架22上的LED24足够靠近中心轴线26，并从透镜10的焦点向内设置，以产生与虚拟点光源12产生的光束光栅相似的光束光栅。