CN218851014U - 一种用于交通信号灯的三原色混色装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于交通信号灯的三原色混色装置。其装置包括三原色LED组块、控制组块、匀色组块、光束整形组块；所述三原色LED组块、所述控制组块、所述匀色组块、所述光束整形组块均固定在信号灯壳体内；所述三原色LED组块与所述控制组块连接；所述三原色LED组块用于发射光；所述控制组块用于调控所述三原色LED组块发光强度；所述匀色组块用于将色光进行均匀混合，得到均匀混合后的光；所述光束整形组块用于将所述均匀混合后的光进行整形，获得交通信号中实际需要的图案。本发明设置的三原色混色装置能够解决LED色不均匀的问题，混色后的光色度能够满***通信号灯的国家标准，还能够根据交通信号灯的实际图形需要得到相应的形状。

Description

一种用于交通信号灯的三原色混色装置

技术领域

本发明涉及智慧交通领域，特别是涉及一种用于交通信号灯的三原色混色装置。

背景技术

经过几十年的技术改进，LED的发光效率得到了很大提高。白炽灯、卤钨灯效果是12-24流明/瓦，荧光灯50-70流明/瓦，钠灯90~140流明/瓦，大部分功耗变成热量损失。LED光效将提高到50-200流明/瓦，其光单色性好，且其光谱很窄，无需滤波即可直接发出彩色可见光。随着各种颜色的高亮度LED（例如红色、黄色、绿色）的商业化，LED逐渐取代传统的白炽灯和卤钨灯作为交通信号灯。

LED虽然是光谱纯净，但是这在视觉上面却是一个非常严重的劣势。人的眼睛是不能长时间观测一个单色谱的光源。因此，需要对LED进行调光。由于技术上的原因，LED的光输出低，能显示的颜色种类少，主要发射单色光，这些都大大限制了LED的更广泛的应用。

但近几年来，一些著名的LED制造商成功地研制开发了光效较高的新型LED，使之能够用于户外信号装置，如：汽车防雾灯、汽车高位制动灯、收费道口信号灯、道路施工区标志灯、公路标志牌、道路交通信号灯等，其中LED在道路交通信号灯中的应用最为引人注目。信号灯是交通管理中最重要、使用最多的设备之一，其安全性、可靠性直接关系到道路交通参与者的安全，也关系到城市交通管理的有效性。

由于现代道路交通信号灯色度有着严格的要求与规定，厂家在进行生产过程中，一旦出现轻微错误，很可能导致批量生产的灯源产品色度不符合要求。而信号灯的内部结构和电路设计，都可能对信号灯的色度造成一定影响，可能造成LED自身的色不均匀，导致色度无法达到***要求或国家标准。

并且由于LED是发射单色光，且大部分交通信号灯采用单一芯片LED，以致更容易导致色度无法达到***要求或国家标准。

因此，本申请提出一种基于红、绿、蓝三原色LED的混色装置，来解决LED自身的色不均匀问题，以及色度无法达到***要求或国家标准的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于交通信号灯的三原色混色装置，以解决上述现有技术存在的问题，通过构建三原色混色装置，对红、绿、蓝LED灯发射的色光进行混合，以实现定制色光的要求，来解决LED自身的色不均匀和色度无法达到***要求或国家标准的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

用于交通信号灯的三原色混色装置，包括：

三原色LED组块、控制组块、匀色组块、光束整形组块、壳体；

所述三原色LED组块、所述控制组块、所述匀色组块、所述光束整形组块均固定在所述壳体内；

所述三原色LED组块与所述控制组块连接；

所述三原色LED组块用于发射光；

所述控制组块用于调控所述三原色LED组块发光强度及颜色；

所述匀色组块用于将色光进行均匀混合，得到均匀混合后的光；

所述光束整形组块用于将所述均匀混合后的光进行整形，获得交通信号中实际需要的图案。

优选地，所述三原色LED组块包括红色LED、绿色LED、蓝色LED，且所述红色LED、绿色LED、蓝色LED的数量均大于等于1；将所述三原色LED组块中所有的所述红色LED、绿色LED、蓝色LED视为一个整体，并在所述整体上方设置聚光透镜。

优选地，所述红色LED、绿色LED、蓝色LED均分别通过三路独立的可调恒流驱动电路。

优选地，所述控制组块包括微处理器、PWM输出接口；

所述微处理器用于发出PWM调光信号；

所述PWM输出接口用于将PWM调光信号传输至所述三原色LED组块。

优选地，所述微处理器内部还设有无线通信模块，所述无线通信模块用于接收上位机的程序控制。

优选地，所述匀色组块包括一个准直透镜、两组复眼透镜全内反射透镜、一个聚光镜和一个匀光镜；

所述准直透镜用于将光转换成与光轴平行的平行光；

所述复眼透镜全内反射透镜用于将所述平行光分为多个细光束；

所述聚光镜用于将所述多个细光束聚焦于所述匀光镜上；

所述匀光镜用于对所述多个细光束进一步均匀混合，得到所述均匀混合后的光。

优选地，所述光束整形组块包括分束器、整形聚光透镜、出光面；

所述分束器用于将所述均匀混合后的光分为多束光；

所述整形聚光透镜用于将所述多束光聚焦于出光面上；

所述出光面显示整形聚焦后的结果。

本申请的技术方案的有益效果：

1.本发明通过构建用于交通信号灯的三原色混色装置，能够降低对LED的生产要求，降低生产厂家的生产成本，能通过红、绿、蓝三原色LED进行混色，使混色后的色度达到***要求或国家标准。

2.本发明用于交通信号灯的三原色混色装置采用PWM调光与恒流驱动电路相结合，有效避免了只通过PWM调光频闪的问题。

3.本发明还通过在LED模块设置聚光透镜以及通过匀色组块进行两次混光，不仅解决了LED存在方向性强、视角较窄的问题，改善了LED信号灯光强分布，增强了其角度性能，还能够对红、绿、蓝三原色LED发出的光进行充分混合，本发明还通过设置匀光镜，进一步的对光线进行均匀分布，使得混光的效果更加均匀，解决了LED色不均匀的问题，从而满足信号灯的配光要求。

4.本发明中还通过设置分束器能够根据实际需求的图案对光束进行特定分离，从而能够满***通道路上多种交通信号灯的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的三基色混色装置的***图；

图2为三原色LED组块的三路独立的恒流驱动电路；

图3为匀色组块的工作原理图；

图4为光束整形组块的工作原理图。

附图标记：

1、信号灯壳体；2、控制组块；3、三原色LED组块；4、匀色组块；5、光束整形组件；

S、光源；L1、准直透镜；LA1、第一组复眼透镜全内反射透镜；LA2、第二组复眼透镜全内反射透镜；L2、聚光镜；L3、匀光镜；

D、分束器；F、整形聚光透镜；P、出光面。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提出的用于交通信号灯的三原色混色装置，包括：

三原色LED组块3、控制组块2、匀色组块4、光束整形组块5、壳体；

所述三原色LED组块3、所述控制组块2、所述匀色组块4、所述光束整形组块5均固定在壳体1内；

其中所述三原色LED组块3与所述控制组块2连接；

所述三原色LED组块3用于发射光；且该三原色LED组块3将红色LED、绿色LED、蓝色LED芯片封装在一起，且该三原色LED组块包括的红色LED、绿色LED、蓝色LED的数量均大于等于1；并将该三原色LED组块中所有的红色LED、绿色LED、蓝色LED视为一个整体，并在该整体上方设置聚光透镜；

如图2所示，本发明中三原色LED组块中的红色LED、绿色LED、蓝色LED均分别通过三路独立的可调恒流驱动电路，且红色LED、绿色LED、蓝色LED的连接方式采用共阳极结构进行连接；

所述三路独立的可调恒流驱动电路均接有一个MOS管，用来做开关器件；本实施例中，三路独立的可调恒流驱动电路中均采用的是V-MOS管，V-MOS管电能消耗低，且V-MOS具有电流负温度系数，温升低，可以减少温度对LED的影响，降低LED光衰减，延长LED的寿命，从而延长混色装置的使用寿命。

与三原色LED组块3相连的控制组块2，既可以分别点亮三种颜色LED，又可以同时点亮两中颜色或三种颜色LED，还能够分别控制每种颜色LED的点亮个数，并且能够对红、绿、蓝三原色LED的光强进行调整。具体如下：

所述控制组块2设有微处理器，所述微处理器设有无线通信模块，能够通过远程人为置入程序，产生PWM调光信号，该PWM调光信号可以由程序控制；所述控制组块2还设有用来控制可调恒流驱动电路的PWM输出接口，PWM输出接口在设定程序控制下向可调恒流驱动电路输出频率和占空比可调的PWM调光信号，从而使三原色LED组块3的发光亮度、色彩按程序设置而变化。PWM调光信号由程序设定，可在0至255级内变化，使各个LED在设定程序控制下进行混色。

光源S发射的光通过匀色组块4进行混合，具体如下：

如图3所示，所述匀色组块4包括一个准直透镜L1、两组复眼透镜全内反射透镜、一个聚光镜L2和一个匀光镜L3；且所述两组复眼透镜全内反射透镜分为第一组复眼透镜全内反射透镜LA1和第二组复眼透镜全内反射透镜LA2；

三原色LED组块3经内部的聚光透镜进行聚光后可视为光源S，将该光源S置于准直透镜L1的焦点上，第二组复眼透镜全内反射透镜LA2上每个小透镜的中心位于第一组复眼透镜全内反射透镜LA1上对应的小透镜的焦点，匀光镜L3位于聚光镜L2的焦平面处。光源经准直透镜L1后成一束与光轴平行的平行光，光束经过第一组复眼透镜全内反射透镜LA1后聚焦到第二组复眼透镜全内反射透镜LA2的中心处，即第一组复眼透镜全内反射透镜LA1将光源S形成多个光源像进行照明，第二组复眼透镜全内反射透镜LA2的每个小透镜将第一组复眼透镜全内反射透镜LA1对应的小透镜重叠成像在匀光镜L3上。由于第一组复眼透镜全内反射透镜LA1将光源S的整个光束分为多个细光束照明，且每个细光束范围内的微小不均匀性由于处于对称位置细光束的相互叠加，使细光束的微小不均匀性获得补偿，从而使整个孔径内的光能量得到有效均匀的利用。从第二组复眼透镜全内反射透镜LA2出射的光斑通过聚光镜L2聚集在匀光镜L3上，匀光镜L3上光斑的每一点均受到光源S所有点发出的照射，同时，匀光镜L3又对光源S上每一点发出的光束进行进一步的均匀分布，形成均匀光斑，从而得到均匀混合后的光。

均匀混合后的光通过设定好的光束整形组块5进行整形，得到需要的形状的光，具体为：

光束整形组块5包括分束器D、整形聚光透镜F、出光面P；

根据客户的要求或实际道路中交通信号灯的需要，可以对分束器D设置特定的分离角度，比如在分束器D表面设计特定的衍射图案，使得均匀混合后的光以特定的分离角度射出，从而获得多束光，这里所说的多束光可以为两束、三束等实际需要的多束光；本实施例中，如根据实际需求，可以将分束器D表面的衍射图案按照交通信号灯中的左转、右转、直行所需的箭头设置，从而均匀混合后的光通过分束器D进行分束整形，分束整形后的多束光再通过整形聚光透镜F聚焦于出光面P上；出光面P显示整形聚焦后的结果，即与左转、右转、直行对应的箭头形状。

由以上可得，本发明设置的用于交通信号灯的混色装置，通过将PWM调光和恒流驱动电路相结合，避免了只通过PWM调光的频闪问题；还通过在三原色LED组块3设置聚光透镜以及在匀色组块4设置第一组复眼透镜全内反射透镜LA1、第二组复眼透镜全内反射透镜LA2和匀光镜L3，使得红、绿、蓝三原色光进行均匀混合，解决了LED色不均匀问题，从而使得混合后的光的色度能够满***通信号灯的国家标准；并且本发明还设置了光束整形组块5，能够根据交通信号灯的实际图形需要进行整形。

值得说明的是，本发明所说的三原色符合CIE标准色度学***的规定；其中红色LED的波长是700nm,绿色LED的波长是546.1nm，蓝色LED的波长是435.8nm。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“表面”、“平行”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种用于交通信号灯的三原色混色装置，其特征在于，包括：三原色LED组块、控制组块、匀色组块、光束整形组块、壳体；

所述三原色LED组块、所述控制组块、所述匀色组块、所述光束整形组块均固定在所述壳体内；

所述三原色LED组块与所述控制组块连接；

所述三原色LED组块用于发射光；

所述控制组块用于调控所述三原色LED组块发光强度；

所述匀色组块用于将色光进行均匀混合，得到均匀混合后的光；所述光束整形组块用于将所述均匀混合后的光进行整形，获得交通信号中实际需要的图案。

2.根据权利要求1所述的用于交通信号灯的三原色混色装置，其特征在于：

所述三原色LED组块包括红色LED、绿色LED、蓝色LED，且所述红色LED、绿色LED、蓝色LED的数量均大于等于1。

3.根据权利要求2所述的用于交通信号灯的三原色混色装置，其特征在于：

所述红色LED、绿色LED、蓝色LED均分别通过三路独立的可调恒流驱动电路。

4.根据权利要求1所述的用于交通信号灯的三原色混色装置，其特征在于：

所述控制组块包括微处理器和PWM输出接口；

所述微处理器用于发出PWM调光信号；

所述PWM输出接口用于将PWM调光信号传输至所述三原色LED组块。

5.根据权利要求4所述的用于交通信号灯的三原色混色装置，其特征在于：

所述微处理器内部设有无线通信模块；

所述无线通信模块用于接收上位机的程序控制。

6.根据权利要求1所述的用于交通信号灯的三原色混色装置，其特征在于：

所述匀色组块包括一个准直透镜、两组复眼透镜全内反射透镜、一个聚光镜和一个匀光镜；

所述准直透镜用于将光转换成与光轴平行的平行光；

所述复眼透镜全内反射透镜用于将所述平行光分为多个细光束；

所述聚光镜用于将所述多个细光束聚焦于所述匀光镜上；

所述匀光镜用于对所述多个细光束进一步均匀混合，得到所述均匀混合后的光。

7.根据权利要求1所述的用于交通信号灯的三原色混色装置，其特征在于：

所述光束整形组块包括分束器、整形聚光透镜、出光面；

所述分束器用于将所述均匀混合后的光分为多束光；

所述整形聚光透镜用于将所述多束光聚焦于出光面上；

所述出光面显示整形聚焦后的结果。

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