发光二极管信号设备以及利用其提供指示的方法

专利名称：发光二极管信号设备以及利用其提供指示的方法
技术领域：
本发明通常涉及信号设备，更具体的涉及改进的发光二极管信号设备以及利用其提供指示的方法。
背景技术：
在各种类型的信号设备，诸如，例如但不限于比的交通信号，铁路交叉信号，以及铁路路边信号中，发光二极管(LED)正在替代白炽灯泡。LED信号设备(即将LED作为指示源的信号设备)与同等的白炽信号设备(即将白炽灯泡作为指示源的信号设备)相比，消耗更少的功率，提供的可靠性增加，以及需要更少的维修。
但是，LED信号设备中使用的老一代LED具有几个限制。例如，单独的老一代LED的发光输出强度相当低。因此，必须使用几十个，有时是几百个LED，以产生某种信号设备的最小发光输出强度。但是，使用大量的LED会增加LED信号设备的制造，运行，以及维修费用。另外，容纳多个LED所需的空间量使得一些现有的白炽信号设备不能翻新。
LED技术已经持续提高。例如，新一代LED可以比老一代LED利用更低的功率消耗来产生更高的发光输出。这样，当在信号设备中使用时，需要更少的新一代LED以满足信号设备中的最小发光输出强度的需求。但是，使用更少的LED可能产生均匀性的问题。尤其是，使用更少的LED可能会不希望地增加将一个或多个LED视为独立点光源的可能，和/或可能不希望地增加产生阴影的可能。当在500mm的平均区域上测量时，典型的均匀性要求可能需要信号设备中的最大亮度LED和最小亮度LED之间的比必须不能超过5∶1。
这样，需要一种改进的LED信号设备，其使用更少的LED，符合或超过最小发光输出强度的要求，并且符合或超过最小均匀性要求。还需要一种方法，用于利用该改进的LED信号设备来提供指示。

发明内容
本发明符合这些和其他需要，本发明涉及一种改进的LED信号设备。该改进的LED信号设备使用多个以特定图案布置的LED。至少一些LED容纳在具有相关输出角度的相应反射腔中。该LED信号设备还使用第一和第二透镜。第一透镜收集由LED发射的光，并散射该光，使得第二透镜被泛光照射。第二透镜收集由第一透镜散射的光，并准直该光。使用的LED的类型、它们的特定图案、它们的相应反射腔的特定输出角度、以及第一和第二透镜的组合保证了LED信号设备符合或超过最小发光输出强度要求和均匀性要求。
作为本发明的另一方面，改进的LED信号设备包括背板、电路板、反射器、第一透镜以及第二透镜。该电路板连接至背板。该电路板具有第一表面，该第一表面具有多个以一种图案布置于其上的LED。反射器连接至背板和电路板中的至少一个，并具有多个反射腔，每个反射腔具有相关的输出角度。至少一些反射腔以所述图案布置，并构造为在其中容纳至少一个LED。第一透镜连接至背板、电路板以及反射器中的至少一个，并位于与第一表面相距第一距离。第二透镜连接至背板、电路板、反射器和第一透镜中的至少一个，并位于与第一表面相距第二距离。
作为本发明的另一方面，用于利用LED信号设备来提供指示的方法包括激活多个LED以产生多个光线，其中LED以一种图案布置，以及其中至少一些LED中的每一个都与多个反射腔中的单独一个相关，每个反射腔具有相关的输出角度；利用第一透镜来散射所述光线；以及利用第二透镜来准直由第一透镜散射的光线。


当和附图结合阅读时，可以从下述优选实施例的描述中获得对本发明的全面理解，其中图1是根据一个实施例的LED信号设备的等距图。
图2是图1的LED信号设备的分解图。
图3是图1的LED信号设备的背面的等距图。
图4是根据一个实施例，用于图1的LED信号设备的LED图案的简化视图。
图5是根据另一实施例，用于图1的LED信号设备的LED图案的简化视图。
图6是用于示意铁路路边信号设备的最小发光输出强度要求的表格。
图7a是规格表，示意使用图4中示出的LED图案的6”LED信号设备的发光输出强度。
图7b是用于示意图7a的规格表中最小发光输出强度要求的百分比的表格。
图8a是规格表，示意使用图4中示出的LED图案的8”LED信号设备的发光输出强度。
图8b是用于示意图8a的规格表中最小发光输出强度要求的百分比的表格。
图9a是规格表，示意使用图5中示出的LED图案的12”LED信号设备的发光输出强度。
图9b是用于示意图9a的规格表中最小发光输出强度要求的百分比的表格。
图10是根据另一实施例，用于图1的LED信号设备的LED图案的简化视图。
图11a是规格表，示意利用红色LED使用图10中示出的LED图案的6”LED信号设备的发光输出强度。
图11b是用于示意图11a的规格表中最小发光输出强度要求的百分比的表格。
图12a是规格表，示意利用黄色LED使用图10中示出的LED图案的6”LED信号设备的发光输出强度。
图12b是用于示意图12a的规格表中最小发光输出强度要求的百分比的表格。
图13a是规格表，示意利用绿色LED使用图10中示出的LED图案的6”LED信号设备的发光输出强度。
图13b是用于示意图13a的规格表中最小发光输出强度要求的百分比的表格。
图14a是规格表，示意利用白色LED使用图10中示出的LED图案的6”LED信号设备的发光输出强度。
图14b是用于示意图14a的规格表中最小发光输出强度要求的百分比的表格。
图15是根据另一实施例，用于图1的LED信号设备的LED图案的简化视图。
图16a是规格表，示意利用红色LED使用图15示出的LED图案的8”LED信号设备的发光输出强度。
图16b是用于示意图16a的规格表中最小发光输出强度要求的百分比的表格。
图17a是规格表，示意利用黄色LED使用图15中示出的LED图案的8”LED信号设备的发光输出强度。
图17b是用于示意图17a的规格表中最小发光输出强度要求的百分比的表格。
图18a是规格表，示意利用绿色LED使用图15中示出的LED图案的8”LED信号设备的发光输出强度。
图18b是用于示意图18a的规格表中最小发光输出强度要求的百分比的表格。
图19a是规格表，示意利用白色LED使用图15中示出的LED图案的8”LED信号设备的发光输出强度。
图19b是用于示意图19a的规格表中最小发光输出强度要求的百分比的表格。
图20示意利用根据一个实施例的LED信号设备来提供指示的运行过程。
具体实施例方式
这里使用的方向词组，诸如，例如，左，右，顺时针，逆时针，顶部，底部，上，下以及它们的派生都与附图中所示的元件的方位相关，并不限制权利要求，除非那里明确说明。
如这里使用的，词语“个数”表示一个或多于一个，以及单数形式的“一个”和“该”包括复数个所指对象，除非上下文清楚指示其他含义。
如这里使用的，两个或多个部分“连接”或“耦接”在一起的表述表示这些部分直接结合在一起，或者通过一个或多个中间部分结合在一起。进一步，如这里使用的，两个或多个部分“附着”的表述表示这些部分直接结合在一起。
参照图1-3，示意了根据一个实施例的LED信号设备1。LED信号设备1包括背板3，电路板4，反射器6，第一菲涅耳透镜8，以及第二菲涅耳透镜9。
在当前实施例中，背板3包括通常为圆形的后壁3a。侧壁3b从后壁3a的外圆周轴向延伸，而凸缘3c从侧壁3b的相对端径向延伸。凸缘3c包括多个围绕内圆周间隔开的槽形柱13，以及多个围绕外圆周间隔开的夹片12。在当前的实施例中，背板3构造为注模尼龙，且其中具有铸造的铝丝散热器。该散热器可以被铸造成一个整体，或者后壁3a，侧壁3b，以及凸缘3c的组合。应当注意，在本发明的范围内，对于背板3和/或散热器可以利用其他材料和或布置。在当前的实施例中，电路板4例如利用多个螺丝16或其他紧固件连接至背板3的后壁3a。电路板4具有表面4a，表面4a上具有多个以一定图案布置的LED5。例如在当前实施例中，相对于贯穿LED信号设备1的中心轴21，以一定图案布置八个LED5。虽然可以使用其他LED5，但是当前实施例中使用的LED5是由Lumileds Lighting制造的LUXEONK2大功率LED(例如，零件编号为LXK2-PD12-S00)。这些LED5在大约350mA时额定产生大约55流明。电路板4包括至少一个电端子，该端子构造为接收用于给LED5供电的电信号。例如，在当前实施例中，用于提供信号的外部导体(未示出)可以连接至柱螺栓17的第一端17a，其中该柱螺栓17穿过基板3的后壁3a。外部导体可以经由垫圈19和螺母20的组合固定到柱螺栓17的第一端17a。可以包括O形环18，以防止湿气等进入LED信号设备。柱螺栓17的第二端17b电连接至电路板4。
如图2所示，反射器6连接至背板3和电路板4中的至少一个。反射器6包括多个反射腔7。每个反射腔7通常是圆锥形，并构造为在其中容纳一个LED5(或LED5的一部分)。在当前的实施例中，LED5容纳在圆锥形反射腔7的顶点。每个反射腔7具有与之相关的输出角度。术语“输出角度”通常是指由穿过顶点和开口中心的横截面形成的角度。反射腔7构造为以特殊方向和/或图案来反射由它们相关的LED5发射的光。如图2所示，反射腔7以和LED5基本相同的图案布置。因此，每个LED5与反射腔7相关联。但是，应当注意，在本发明的范围内，一个或多个LED5可以没有与其相关的反射腔7。
第一菲涅耳透镜8连接至背板3、电路板4和反射器6中的至少一个。在当前的实施例中，第一菲涅耳透镜8包括多个从其外周缘径向延伸的臂15。每个臂15的端部包括凸块14，凸块14构造为啮合基板3上的其中一个槽形柱13中的相应槽。当LED信号设备1组装时，第一菲涅耳透镜8和电路板4的表面4a相距一定距离。例如在当前的实施例中，第一菲涅耳透镜8距离表面4a大约28.5mm。虽然讨论了第一透镜8为菲涅耳透镜的情况，但是可以想到，在本发明的范围内，可以使用另一类型的透镜。
第二菲涅耳透镜9连接至背板3、电路板4、反射器6和第一菲涅耳透镜8中的至少一个。在当前实施例中，第二菲涅耳透镜9并入盖子10中。盖子10包括在其中具有多个凹槽11a的基环11。第二菲涅耳透镜9通过侧壁11b与基环11间隔开。凹槽11a构造为啮合位于背板3上的相应夹片12。盖子10构造为当凹槽11a和它们相应夹片12啮合时，与基板3 “扣合”。可以提供一个或多个O形环22以提高恰当的密封，使得水、尘土和其他碎屑不能进入LED信号设备1。当组装LED信号设备1时，第二菲涅耳透镜9和电路板4的表面4a相距一定距离。例如在当前实施例中，第二菲涅耳透镜9和表面4a相距大约60mm。虽然讨论了第二透镜9为菲涅耳透镜的情况，但是可以想到，在本发明的范围内，可以使用另一类型的透镜。
在当前的实施例中，LED5、LED图案、反射腔7以及双透镜合作，使得LED信号设备1符合或超过最小发光输出强度要求和均匀性要求。更具体地，选择LED的图案、反射腔7的输出角度以及第一菲涅耳透镜8相对于电路板4的表面4a的位置，使得第一菲涅耳8的整个表面基本被LED5发射的光照射。第一菲涅耳透镜8收集由LED 5发射的光并散射该光。选择第一菲涅耳透镜8的设计和第二菲涅耳透镜9相对于表面4a的位置(以及，第一和第二菲涅耳透镜之间的距离)，使得第二菲涅耳透镜9的整个表面被泛光照射。第二菲涅耳透镜9收集由第一菲涅耳透镜8散射的光并准直该光。
通过第一菲涅耳透镜8散射由LED发射的光，使得第二菲涅耳透镜9被泛光照射，满足了均匀性要求(即，将一个或多个LED5视为独立点光源的可能和/或产生不希望的阴影的可能被消除)。例如，当在500mm的平均区域上测量时，信号设备中的最大亮度LED和最小亮度LED之间的比不超过5∶1。另外，通过由第二菲涅耳透镜9准直光，该光被“聚焦”，以满足最小发光输出强度要求(将结合图6-9b更详细地讨论)。
图4是用于图1的LED信号设备1的LED5的图案的详细示意。在图4的讨论中，相对于“原点”参考该图案，该“原点”在当前实施例中是指电路板4的表面4a上中心轴21穿过的点。
例如可以在6”LED信号设备中使用图4中示意的图案。一个这样的6”LED信号设备使用第一菲涅耳透镜8，其曲率半径为300mm，圆锥常数是-20，厚度是1.5mm，菲涅耳厚度是0.5mm，斜度是1度，以及直径是120mm。另外，6”LED信号设备使用第二菲涅耳透镜9，其曲率半径为150mm，圆锥常数是-12，厚度是1.5mm，菲涅耳厚度是0.5mm，斜度是1度，以及直径是150mm。
在8”LED信号设备中也可以使用图4中示意的图案。一个这样的8”LED信号设备使用第一菲涅耳透镜8，其曲率半径为400mm，圆锥常数是-16，厚度是1.5mm，菲涅耳厚度是0.5mm，斜度是1度，以及直径是120mm。另外，8”LED信号设备使用第二菲涅耳透镜9，其曲率半径为100mm，圆锥常数是-12，厚度是1.5mm，菲涅耳厚度是0.5mm，斜度是1度，以及直径是200mm。
表1列出了对于图4中示意的图案来说，每个LED5的x，y，z坐标(以毫米测量)，以及与每个LED相关的反射腔7的输出角度。

表1用于图4的6”和8”LED信号设备的LED图案和反射腔输出角度图5是根据替换实施例的图1的LED信号设备1的LED5的图案的详细示意。尤其是，图5中示出的图案可以用于12”LED信号设备中。再次，该图案以“原点”作为参考，该“原点”在当前实施例中是指电路板4’的表面4a’上中心轴21穿过的点。一个这样的12”LED信号设备使用第一菲涅耳透镜8，其曲率半径为1000mm，圆锥常数是-20，厚度是1.5mm，菲涅耳厚度是0.5mm，斜度是1度，以及直径是200mm。另外，12”LED信号设备使用第二菲涅耳透镜9，其曲率半径为100mm，圆锥常数是-12，厚度是1.5mm，菲涅耳厚度是0.5mm，斜度是1度，以及直径是300mm。
表2列出了对于图5中示意的图案来说，每个LED5的x，y，z坐标(以毫米测量)，以及与每个LED相关的反射腔7的输出角度。表2中显而易见的是，LED5f、LED5g以及LED5h没有相关的反射腔。

表2用于图5的12”LED信号设备的LED图案和反射腔输出角度图6是用于示意铁路路边信号设备在其额定寿命和运行温度范围上的最小发光输出强度(坎德拉)要求的列表。例如，在温度为0°时，当在偏移中心30度(即在表中的-30至30)处观察信号设备时，信号设备需要输出最小15坎德拉。作为另一实例，温度偏移其正常运行温度10°时，当在偏移中心5度(即在表中的-5至5)处观察信号设备时，信号设备需要输出最小125坎德拉。
对于上面结合图4讨论的6”LED信号设备，分别地，图7a示意了发光输出强度，以及图7b示意了最小发光输出强度要求的百分比。例如参照图7a，在温度为0°时，当在相对于中心-30度处观察信号设备时，6”LED信号设备输出49.50坎德拉，参照图7b，这是最小发光输出强度要求的3.2998倍。在相同温度，当在相对于中心30度处观察信号设备时，6”LED信号设备输出57.75坎德拉，参照图7b，这是最小发光输出强度的3.8498倍。从图7b中可以看出，在每个温度和每个观察角度，6”LED信号设备都满足最小发光输出强度要求(即图7b中的值从不低于1.0)。
对于上面结合图4讨论的8”LED信号设备，分别地，图8a示意了发光输出强度，以及图8b示意了最小发光输出强度要求的百分比。从图8b中可以看出，在每个温度和每个观察角度，8”LED信号设备都满足最小发光输出强度要求(即图8b中的值从不低于1.0)。
对于上面结合图5讨论的12”LED信号设备，分别地，图9a示意了发光输出强度，以及图9b示意了最小发光输出强度要求的百分比。从图9b中可以看出，在每个温度和每个观察角度，12”LED信号设备都满足最小发光输出强度要求(即图9b中的值从不低于1.0)。
图10是图1的LED信号设备1的另一实施例的LED5的图案的详细示意。在图10的讨论中，图案以“原点”作为参考，该“原点”在当前实施例中是指电路板4”的表面4a”上中心轴21穿过的点。
例如可以在结合图4中讨论的6”LED信号设备中使用图10中示意的图案。该6”LED信号设备使用第一菲涅耳透镜8，其曲率半径为300mm，圆锥常数是-20，厚度是1.5mm，菲涅耳厚度是0.5mm，斜度是1度，以及直径是120mm。另外，该6”LED信号设备使用第二菲涅耳透镜9，其曲率斗径为150mm，圆锥常数是-12，厚度是1.5mm，菲涅耳厚度是0.5mm，斜度是1度，以及直径是150mm。
表3列出了对于图10中示意的图案来说，每个LED5的x，y，z坐标(以毫米测量)，以及与每个LED相关的反射腔7的输出角度。

表3用于图10的6”LED信号设备的LED图案和反射腔输出角度如图10所示，8个LED5以一种图案相对于中心轴21布置，其中中心轴贯穿LED信号设备1。虽然可以使用其他的LED5，但是当前实施例中使用的LED5是Lumileds Lighting制造的LUXEONK2大功率LED。图10中示出的图案对于运行在大约350mA的几种不同颜色的LUXEONK2大功率LED来说，实现了均匀性和强度的要求。例如但不限于此，可以使用产生大约55流明的红色LUXEONK2LED(例如，零件编号为LXK2-PD12-S00)，产生大约45流明的黄色LUXEONK2LED(例如，零件编号为LXK2-PL12-R00)，产生大约65流明的绿色LUXEONK2 LED(例如，零件编号为LXK2-PE12-S00)，以及产生大约60流明的白色LUXEONK2 LED(例如，零件编号为LXK2-PW12-S00)。
对于上述每个不同颜色的LED(即红，黄，绿和白)来说，图11a，12a，13a以及14a是用于示意图10的LED信号设备的发光输出强度的规格表。对于每个它们相关联的规格表来说，图11b，12b，13b以及14b是用于示意最小发光输出强度要求的百分比的表格(例如，对于图11a的规格表来说，图11b是用于示意最小发光输出强度要求的百分比的表格)。从图11b，12b，13b，以及14b可以看出，在每个温度和每个观察角度，6”LED信号设备都满足最小发光输出强度要求(即图11b，12b，13b以及14b中的值从不低于1.0)。
图15是图1的LED信号设备1的另一实施例的LED5的图案的详细示意。在图15的讨论中，该图案以“原点”作为参考，该“原点”在当前实施例中是指电路板4的表面4a上中心轴21穿过的点。
例如可以在上面结合图4进行论述的8”LED信号设备中使用图15中示意的图案，该8”LED信号设备使用第一菲涅耳透镜8，其曲率半径为400mm，圆锥常数是-16，厚度是1.5mm，菲涅厚度是0.5mm，斜度是1度，以及直径是120mm。另外，8”LED信号设备使用第二菲涅耳透镜9，其曲率半径为100mm，圆锥常数是-12，厚度是1.5mm，菲涅耳厚度是0.5mm，斜度是1度，以及直径是200mm。
表4列出了对于图15中示意的图案来说，每个LED5的x，y，z坐标(以毫米测量)，以及与每个LED相关的反射腔7的输出角度。

表4用于图15的8”LED信号设备的LED图案和反射腔输出角度如上所述，在当前实施例中可以使用各种颜色的LED5(例如但不限于红，黄，绿和白色的由Lumileds Lighting制造的LUXEONK2大功率LED)。图15中示意的图案对于每个不同颜色的LED来说，实现了均匀性和强度要求。
对于上述每个不同颜色的LED(即红，黄，绿和白)来说，图16a，17a，18a以及19a是用于示意图15的LED信号设备的发光输出强度的规格表。对于每个它们相关联的规格表来说，图16b，17b，18b以及19b是用于示意最小发光输出强度要求的百分比的表格(例如，对于图16a的规格表来说，图16b是用于示意最小发光输出强度要求的百分比的表格)。从图16b，17b，18b，以及19b可以看出，在每个温度和每个观察角度，8”LED信号设备都满足最小发光输出强度要求(即图16b，17b，18b以及19b中的值从不低于1.0)。
图20示意了由LED信号设备1(诸如，例如但不限于，结合图4，5，10和15讨论的信号设备)提供指示的运行过程30。运行过程30从操作31开始，其中多个LED被激活以产生多个光线。LED以一种图案布置，至少一些所述LED中的每一个与具有相关输出角度的反射腔相关。然后运行控制前进至操作32，其中由第一菲涅耳透镜散射光线。然后运行控制前进至操作33，其中第二菲涅耳透镜准直由第一菲涅耳透镜散射的光线。
虽然已经详细描述了本发明的特定实施例，但是本领域技术人员可以理解，在该公开文本的教导下，可以发展出那些细节的各种变形和替换。相应地，该公开的特殊的布置仅仅用于示意，而不限制本发明的保护范围，本发明的保护范围由后附权利要求及其任何等价形式完全限定。
权利要求
1.一种LED信号设备，包括背板；连接至所述背板的电路板，所述电路板具有第一表面，在该第一表面上以一定图案布置有多个LED；连接至所述背板和所述电路板的至少一个的反射器，所述反射器具有多个反射腔，每个反射腔具有相关的输出角度，其中至少一些所述反射腔以所述图案布置，且构造为在其中容纳至少一个所述LED；连接至所述背板、所述电路板和所述反射器的至少一个的第一透镜，所述第一透镜和所述第一表面相距第一距离；以及连接至所述背板、所述电路板、所述反射器和所述第一透镜的至少一个的第二透镜，所述第二透镜和所述第一表面相距第二距离。
2.如权利要求1所述的LED信号设备，其中，所述第一透镜是菲涅耳透镜，构造为将至少一些所述LED发射的光线散射到所述第二透镜上，以及其中所述第二透镜是菲涅耳透镜，构造为准直由所述第一菲涅耳透镜散射的光线。
3.如权利要求1所述的LED信号设备，其中，根据相对于所述LED信号设备中心轴的x，y，z，坐标系来布置所述图案，以及其中所述图案包括第一LED，x坐标大约为16mm，y坐标大约为8mm，以及z坐标大约为0mm，所述第一LED容纳在第一个反射腔内，该第一个反射腔具有大约12度的相关输出角度；第二LED，x坐标大约为-16mm，y坐标大约为8mm，以及z坐标大约为0mm，所述第二LED容纳在第二介反射腔内，该第二个反射腔具有大约12度的相关输出角度；第三LED，x坐标大约为42mm，y坐标大约为7mm，以及z坐标大约为0mm，所述第三LED容纳在第三个反射腔内，该第三个反射腔具有大约15.5度的相关输出角度；第四LED，x坐标大约为-42mm，y坐标大约为7mm，以及z坐标大约为0mm，所述第四LED容纳在第四个反射腔内，该第四个反射腔具有大约15.5度的相关输出角度；第五LED，x坐标大约为25mm，y坐标大约为30mm，以及z坐标大约为0mm，所述第五LED容纳在第五个反射腔内，该第五个反射腔具有大约30度的相关输出角度；第六LED，x坐标大约为-25mm，y坐标大约为30mm，以及z坐标大约为0mm，所述第六LED容纳在第六个反射腔内，该第六个反射腔具有大约30度的相关输出角度；第七LED，x坐标大约为30mm，y坐标大约为-30mm，以及z坐标大约为0mm，所述第七LED容纳在第七个反射腔内，该第七个反射腔具有大约50度的相关输出角度；以及第八LED，x坐标大约为-30mm，y坐标大约为-30mm，以及z坐标大约为0mm，所述第八LED容纳在第八个反射腔内，该第八个反射腔具有大约50度的相关输出角度。
4.如权利要求1所述的LED信号设备，其中，根据相对于所述LED信号设备中心轴的x，y，z，坐标系来布置所述图案，以及其中所述图案包括第一LED，x坐标大约为18mm，y坐标大约为10mm，以及z坐标大约为0mm，所述第一LED容纳在第一个反射腔内，该第一个反射腔具有大约-10度的相关输出角度；第二LED，x坐标大约为-18mm，y坐标大约为10mm，以及z坐标大约为0mm，所述第二LED容纳在第二个反射腔内，该第二个反射腔具有大约-10度的相关输出角度；第三LED，x坐标大约为46mm，y坐标大约为10mm，以及z坐标大约为0mm，所述第三LED容纳在第三个反射腔内，该第三个反射腔具有大约-5度的相关输出角度；第四LED，x坐标大约为-46mm，y坐标大约为10mm，以及z坐标大约为0mm，所述第四LED容纳在第四个反射腔内，该第四个反射腔具有大约-5度的相关输出角度；第五LED，x坐标大约为0mm，y坐标大约为24mm，以及z坐标大约为0mm，所述第五LED容纳在第五个反射腔内，该第五个反射腔具有大约-10度的相关输出角度；第六LED，x坐标大约为0mm，y坐标大约为38mm，以及z坐标大约为0mm；第七LED，x坐标大约为-15mm，y坐标大约为-15mm，以及z坐标大约为0mm；以及第八LED，x坐标大约为15mm，y坐标大约为-15mm，以及z坐标大约为0mm。
5.如权利要求1所述的LED信号设备，其中，所述第一距离大约是28.5mm，以及其中，所述第二距离大约是60mm。
6.如权利要求5所述的LED信号设备，其中，所述第一透镜是菲涅耳透镜，其曲率半径大约为300mm，圆锥常数大约为-20，厚度大约为1.5mm，菲涅耳厚度大约是0.5mm，斜度大约为1度，直径大约为120mm，以及其中，所述第二透镜是菲涅耳透镜，其曲率半径大约为150mm，圆锥常数大约为-12，厚度大约为1.5mm，菲涅耳厚度大约是0.5mm，斜度大约为1度，直径大约为150mm。
7.如权利要求5所述的LED信号设备，其中，所述第一透镜是菲涅耳透镜，其曲率半径大约为400mm，圆锥常数大约为-16，厚度大约为1.5mm，菲涅耳厚度大约是0.5mm，斜度大约为1度，直径大约为120mm，以及其中，所述第二透镜是菲涅耳透镜，其曲率半径大约为100mm，圆锥常数大约为-12，厚度大约为1.5mm，菲涅耳厚度大约是0.5mm，斜度大约为1度，直径大约为200mm。
8.如权利要求5所述的LED信号设备，其中，所述第一透镜是菲涅耳透镜，其曲率半径大约为1000mm，圆锥常数大约为-20，厚度大约为1.5mm，菲涅耳厚度大约是0.5mm，斜度大约为1度，直径大约为200mm，以及其中，所述第二透镜是菲涅耳透镜，其曲率半径大约为100mm，圆锥常数大约为-12，厚度大约为1.5mm，菲涅耳厚度大约是0.5mm，斜度大约为1度，直径大约为300mm。
9.如权利要求1所述的LED信号设备，其中，所述电路板进一步包括至少一个电端子，构造为接收用于给至少一些LED供电的电信号。
10.如权利要求1所述的LED信号设备，其中，每个所述LED在大约350mA发射大约55流明。
11.如权利要求1所述的LED信号设备，其中，所述背板包括散热器，构造为耗散由所述LED产生的热量。
12.如权利要求1所述的LED信号设备，其中，所述第二透镜至少形成盖子的一部分，该盖子构造为与所述背板连接，以形成包围所述电路板、所述反射器以及所述第一透镜的外壳。
13.如权利要求12所述的LED信号设备，其中，所述盖子构造为与所述背板形成扣合。
14.如权利要求1所述的LED信号设备，其中，根据相对于所述LED信号设备中心轴的x，y，z，坐标系来布置所述图案，以及其中所述图案包括第一LED，x坐标大约为16mm，y坐标大约为8mm，以及z坐标大约为0mm，所述第一LED容纳在第一个反射腔内，该第一个反射腔具有大约12度的相关输出角度；第二LED，x坐标大约为-16mm，y坐标大约为8mm，以及z坐标大约为0mm，所述第二LED容纳在第二个反射腔内，该第二个反射腔具有大约12度的相关输出角度；第三LED，x坐标大约为42mm，y坐标大约为7mm，以及z坐标大约为0mm，所述第三LED容纳在第三个反射腔内，该第三个反射腔具有大约25度的相关输出角度；第四LED，x坐标大约为-42mm，y坐标大约为7mm，以及z坐标大约为0mm，所述第四LED容纳在第四个反射腔内，该第四个反射腔具有大约25度的相关输出角度；第五LED，x坐标大约为25mm，y坐标大约为30mm，以及z坐标大约为0mm，所述第五LED容纳在第五个反射腔内，该第五个反射腔具有大约30度的相关输出角度；第六LED，x坐标大约为-25mm，y坐标大约为30mm，以及z坐标大约为0mm，所述第六LED容纳在第六个反射腔内，该第六个反射腔具有大约30度的相关输出角度；第七LED，x坐标大约为0mm，y坐标大约为-30mm，以及z坐标大约为0mm，所述第七LED容纳在第七个反射腔内，该第七个反射腔具有大约50度的相关输出角度；以及第八LED，x坐标大约为0mm，y坐标大约为30mm，以及z坐标大约为0mm，所述第八LED容纳在第八个反射腔内，该第八个反射腔具有大约21度的相关输出角度。
15.如权利要求1所述的LED信号设备，其中，根据相对于所述LED信号设备中心轴的x，y，z，坐标系来布置所述图案，以及其中所述图案包括第一LED，x坐标大约为16mm，y坐标大约为8mm，以及z坐标大约为0mm，所述第一LED容纳在第一个反射腔内，该第一个反射腔具有大约12度的相关输出角度；第二LED，x坐标大约为-16mm，y坐标大约为8mm，以及z坐标大约为0mm，所述第二LED容纳在第二个反射腔内，该第二个反射腔具有大约12度的相关输出角度；第三LED，x坐标大约为42mm，y坐标大约为7mm，以及z坐标大约为0mm，所述第三LED容纳在第三个反射腔内，该第三个反射腔具有大约25度的相关输出角度；第四LED，x坐标大约为-42mm，y坐标大约为7mm，以及z坐标大约为0mm，所述第四LED容纳在第四个反射腔内，该第四个反射腔具有大约25度的相关输出角度；第五LED，x坐标大约为25mm，y坐标大约为30mm，以及z坐标大约为0mm，所述第五LED容纳在第五个反射腔内，该第五个反射腔具有大约30度的相关输出角度；第六LED，x坐标大约为-25mm，y坐标大约为30mm，以及z坐标大约为0mm，所述第六LED容纳在第六个反射腔内，该第六个反射腔具有大约30度的相关输出角度；第七LED，x坐标大约为0mm，y坐标大约为-45mm，以及z坐标大约为0mm，所述第七LED容纳在第七个反射腔内，该第七个反射腔具有大约50度的相关输出角度；以及第八LED，x坐标大约为0mm，y坐标大约为30mm，以及z坐标大约为0mm，所述第八LED容纳在第八个反射腔内，该第八个反射腔具有大约21度的相关输出角度。
16.一种利用LED信号设备来提供指示的方法，包括激活多个LED以产生多个光线，其中所述LED以一种图案布置，以及其中，至少一些所述LED中的每一个都与多个反射腔的单独一个相关，每个反射腔具有相关的输出角度；由第一透镜散射所述光线；以及由第二透镜准直被所述第一透镜散射的所述光线。
17.如权利要求16所述的方法，进一步包括根据相对于所述LED信号设备中心轴的x，y，z坐标系，通过在x坐标大约为16mm，y坐标大约为8mm，以及z坐标大约为0mm处放置第一LED，在x坐标大约为-16mm，y坐标大约为8mm，以及z坐标大约为0mm处放置第二LED，在x坐标大约为42mm，y坐标大约为7mm，以及z坐标大约为0mm处放置第三LED，在x坐标大约为-42mm，y坐标大约为7mm，以及z坐标大约为0mm处放置第四LED，在x坐标大约为25mm，y坐标大约为30mm，以及z坐标大约为0mm处放置第五LED，在x坐标大约为-25mm，y坐标大约为30mm，以及z坐标大约为0mm处放置第六LED，在x坐标大约为30mm，y坐标大约为-30mm，以及z坐标大约为0mm处放置第七LED，在x坐标大约为-30mm，y坐标大约为-30mm，以及z坐标大约为0mm处放置第八LED，来以所述图案布置所述LED。
18.如权利要求17所述的方法，进一步包括将所述第一LED与具有大约12度输出角度的第一反射腔相关联，将所述第二LED与具有大约12度输出角度的第二反射腔相关联，将所述第三LED与具有大约15.5度输出角度的第三反射腔相关联，将所述第四LED与具有大约15.5度输出角度的第四反射腔相关联，将所述第五LED与具有大约30度输出角度的第五反射腔相关联，将所述第六LED与具有大约30度输出角度的第六反射腔相关联，将所述第七LED与具有大约50度输出角度的第七反射腔相关联，将所述第八LED与具有大约50度输出角度的第八反射腔相关联。
19.如权利要求16所述的方法，进一步包括根据相对于所述LED信号设备中心轴的x，y，z坐标系，通过在x坐标大约为18mm，y坐标大约为10mm，以及z坐标大约为0mm处放置第一LED，在x坐标大约为-18mm，y坐标大约为10mm，以及z坐标大约为0mm处放置第二LED，在x坐标大约为46mm，y坐标大约为10mm，以及z坐标大约为0mm处放置第三LED，在x坐标大约为-46mm，y坐标大约为10mm，以及z坐标大约为0mm处放置第四LED，在x坐标大约为0mm，y坐标大约为24mm，以及z坐标大约为0mm处放置第五LED，在x坐标大约为0mm，y坐标大约为38mm，以及z坐标大约为0mm处放置第六LED，在x坐标大约为-30mm，y坐标大约为-30mm，以及z坐标大约为0mm处放置第七LED，在x坐标大约为30mm，y坐标大约为-30mm，以及z坐标大约为0mm处放置第八LED，来以所述图案布置所述LED。
20.如权利要求19所述的方法，进一步包括将所述第一LED与具有大约-10度输出角度的反射腔相关联，将所述第二LED与具有大约-10度输出角度的反射腔相关联，将所述第三LED与具有大约-5度输出角度的反射腔相关联，将所述第四LED与具有大约-5度输出角度的反射腔相关联，将所述第五LED与具有大约-10度输出角度的反射腔相关联。
21.如权利更求16所述的方法，其中，所述散射进一步包括由第一菲涅耳透镜散射所述光线。
22.如权利要求21所述的方法，其中，所述准直进一步包括由第二菲涅耳透镜来准直被所述第一菲涅耳透镜散射的所述光线。
23.如权利要求16所述的方法，进一步包括根据相对于所述LED信号设备中心轴的x，y，z坐标系，通过在x坐标大约为16mm，y坐标大约为8mm，以及z坐标大约为0mm处放置第一LED，在x坐标大约为-16mm，y坐标大约为8mm，以及z坐标大约为0mm处放置第二LED，在x坐标大约为42mm，y坐标大约为7mm，以及z坐标大约为0mm处放置第三LED，在x坐标大约为-42mm，y坐标大约为7mm，以及z坐标大约为0mm处放置第四LED，在x坐标大约为25mm，y坐标大约为30mm，以及z坐标大约为0mm处放置第五LED，在x坐标大约为-25mm，y坐标大约为30mm，以及z坐标大约为0mm处放置第六LED，在x坐标大约为0mm，y坐标大约为-30mm，以及z坐标大约为0mm处放置第七LED，在x坐标大约为0mm，y坐标大约为30mm，以及z坐标大约为0mm处放置第八LED，来以所述图案布置所述LED。
24.如权利要求23所述的方法，进一步包括将所述第一LED与具有大约12度输出角度的第一反射腔相关联，将所述第二LED与具有大约12度输出角度的第二反射腔相关联，将所述第三LED与具有大约25度输出角度的第三反射腔相关联，将所述第四LED与具有大约25度输出角度的第四反射腔相关联，将所述第五LED与具有大约30度输出角度的第五反射腔相关联，将所述第六LED与具有大约30度输出角度的第六反射腔相关联，将所述第七LED与具有大约50度输出角度的第七反射腔相关联，将所述第八LED与具有大约21度输出角度的第八反射腔相关联。
25.如权利要求16所述的方法，进一步包括根据相对于所述LED信号设备中心轴的x，y，z坐标系，通过在x坐标大约为16mm，y坐标大约为8mm，以及z坐标大约为0mm处放置第一LED，在x坐标大约为-16mm，y坐标大约为8mm，以及z坐标大约为0mm处放置第二LED，在x坐标大约为42mm，y坐标大约为7mm，以及z坐标大约为0mm处放置第三LED，在x坐标大约为-42mm，y坐标大约为7mm，以及z坐标大约为0mm处放置第四LED，在x坐标大约为25mm，y坐标大约为30mm，以及z坐标大约为0mm处放置第五LED，在x坐标大约为-25mm，y坐标大约为30mm，以及z坐标大约为0mm处放置第六LED，在x坐标大约为0mm，y坐标大约为-45mm，以及z坐标大约为0mm处放置第七LED，在x坐标大约为0mm，y坐标大约为30mm，以及z坐标大约为0mm处放置第八LED，来以所述图案布置所述LED。
26.如权利要求25所述的方法，进一步包括将所述第一LED与具有大约12度输出角度的第一反射腔相关联，将所述第二LED与具有大约12度输出角度的第二反射腔相关联，将所述第三LED与具有大约25度输出角度的第三反射腔相关联，将所述第四LED与具有大约25度输出角度的第四反射腔相关联，将所述第五LED与具有大约30度输出角度的第五反射腔相关联，将所述第六LED与具有大约30度输出角度的第六反射腔相关联，将所述第七LED与具有大约50度输出角度的第七反射腔相关联，将所述第八LED与具有大约21度输出角度的第八反射腔相关联。
全文摘要
一种改进的LED信号设备使用多个以特定图案布置的LED。至少一些LED容纳在具有相关输出角度的相应反射腔中。该LED信号设备也使用第一和第二透镜。第一透镜收集由LED发射的光并散射该光，使得第二透镜被泛光照射。第二透镜收集由第一透镜散射的光，并准直该光。使用的LED的类型、它们特定的图案、它们相应的反射腔的特定输出角度以及第一和第二透镜的组合保证了该LED信号设备满足或超过最小发光输出强度要求和均匀性要求。
文档编号F21V19/00GK101082404SQ200710129278
公开日2007年12月5日 申请日期2007年5月25日 优先权日2006年5月25日
发明者马克·T·韦德尔 申请人:联合开关及信号公司