今天我们就来聊一聊关于LED交通信号灯的光学设计。

一、交通信号灯

交通信号灯是指挥交通运行的信号灯，一般由红灯、绿灯、黄灯组成，红灯表示禁止通行，绿灯表示准许通行，黄灯表示警示。

交通信号灯的使用，可以有效地减少交通事故、提高交通效率、改善交通状况。

之所以采用红绿黄三种颜色作为交通讯号和人们的视觉结构和心理反应有关：人的视网膜含有杆状和三种锥状感光细胞，杆状细胞对黄色的光特别敏感，三种锥状细胞则分别对红光、绿光及蓝光最敏感。

由于这种视觉结构，人最容易分辨红色与绿色，虽然黄色与蓝色也容易分辨，但因为眼球对蓝光的感光细胞较少，所以交通信号灯还是以红色、绿色为佳。

而且，根据光学原理，红色光的波长很长，穿透空气的能力强，比其他信号更引人注意，所以作为禁止通行的信号，红色和绿色的区别最大，采用绿色作为通过信号，易于分辨。

二、LED交通信号灯的优势

LED是目前非常受欢迎的一种新型光源,具有耗电小、亮度高、体积小、重量轻、寿命长、环保及响应速度快等优点。

LED交通信号灯，就是指采用了LED作为光源的交通信号灯，它比传统的白炽灯、卤素灯要：

①功率小省电：

采用LED光源，在节能方面的优势非常明显，功耗小于10W，比传统光源（如白炽灯、卤钨灯）能耗低、节省能源

②寿命长：

一般信号灯用白炽灯的平均寿命是1000h，低压卤钨灯泡的平均寿命是2000h，由此会产生很高的维护费用，但LED灯寿命高达50000h，是白炽灯的50倍，这使得交通信号灯的维护成本大大降低

③亮度高、信号颜色稳定：

LED光源本身能发出信号需要的单色光，而且色泽纯正，透镜不需要添加颜色来产生红、黄、绿三种信号颜色，因此不会产生因透镜颜色褪色而引起的缺陷

④避免假显示：

LED光源发出的光具有方向性（通过光学设计完成），并有一定的发散角，可以摒弃传统信号灯中使用的非球面反光镜，LED光源的这个特点解决了传统信号灯存在的假显示问题

⑤反应快：

白炽灯、卤钨灯泡都不及LED交通信号灯的回应时间快，这样可以极大减少交通事故的发生

三、LED交通信号灯的光学设计

要想充分利用LED发光效率高、寿命长的优点，就得对LED交通信号灯进行光学设计，在交通信号灯设计时加入光学器件（反光杯、透镜灯）来达到需要的光效，通常在对LED交通信号灯的光学设计时要做到：

①光源设计：

LED交通信号灯要求在白天高亮度强光时要亮，晚上则亮度要降低一些，避免刺眼

选用发光比较集中、高亮度、发散角度较小、性能稳定的LED光源，利用反光杯和透镜对光源进行导光、聚光，满足水平方向和俯仰方向的光线射出角度，减少死灯现象

②光线均匀：

LED交通信号灯在配光时与其他信号灯(如汽车的前照灯等)有一定的区别，虽然一样有光强分布的要求，但汽车前照灯对光的切线要求更加严格，汽车前照灯的设计只要把足够的光线配置到相应的地方，而不必考虑光线由哪里发出

在交通信号灯的实际运用中，需要保证在路口任何角度的车主都可以看到交通信号灯以保证安全出行

因此在对LED交通信号灯的反光杯及透镜进行光学设计时需要顾及到整个发光表面光效的均匀性，必须要满足从LED信号灯使用的任何工作区域观察信号发光面时，其信号的图案清晰，视觉效果均匀

③单色透光：

传统的交通信号灯主要由电源、光源、灯壳、反光杯和有色透镜等部分组成，其中，光源为白炽灯或卤钨灯，反光杯的作用是将光源向四周射出的光收集起来向前射出，有色透镜的作用是将向前出射的白色光进行合理分配，产生红、黄、绿三色光

LED光源可以直接发出单一颜色的光，因此LED交通信号灯的红黄绿颜色不需要再对透镜进行添加颜色才能发出

④穿透力强：

交通信号灯的工作环境相对比较恶劣，要在严寒酷暑、日晒雨淋的环境下仍可以保持正常工作和较好的可见度，因而对灯具的可靠性要求较高

在材料选择上，LED交通信号灯要考虑到材料的内部应力、折射率、透光率、耐温性、加工难易等，可选择使用透射率较高的PC材料

交通信号灯在整个城市交通中有非常重要的作用，城市在开发，道路在建设，每年都有大量的交通信号灯需要更新安装，这是一个非常有潜力的市场，对于整个LED产业来说也是一个良性的刺激