由于LED發出的光相對集中在一個較小的立體角范圍內，LED交通信號燈不必再需要反射器。又由于LED本身發出的是色光，所以不需要有色配光鏡來濾光。LED用透鏡作為準直光學組件，例如用凸透鏡或菲涅耳透鏡產生平行光束，然后用枕形透鏡、楔形棱鏡等使光束重新擴散、偏折，產生滿足要求的光分布。如傳統交通信號燈一樣，LED交通信號燈也需要遮光罩，如圖1所示。
無論是歐洲ECE、美國Ite還是我國關于LED交通信號燈的國家標準(送審稿)，對于信號燈的光分布，要求太多體現為H-V系統內的光強分布
式中：為第i個立體角區域內的光通量;Ii為第i個立體角區域內要求的(平均)光強;分別為第f個立體角區域的水平角和垂直角的邊界。
按式1計算所得的光通量是一個理想值，實際上要滿足標準要求的光分布，還需考慮透鏡的透過率、溢出光損失等因素。因此，需要對進行修正，這樣得到的才是實際要求光通量的估量值。 | LED 的光強分布通常是旋轉對稱的，因此，可以根據生產廠家給出的光強分布(如圖2所示)情況，由下式計算單只LED 所發出的光通量：
式中：Ij為第j個環帶區域內的平均光強，為第j個環帶區域的邊界。 同樣，在這里計算得到的也是一個理想值，需考慮溫度影響、有效利用率等因素進行修正。利用兩個修正后的光通量可以估算出要用的LED的數目。
式中：Ij為第j個環帶區域內的平均光強，為第j個環帶區域的邊界。
同樣，在這里計算得到的也是一個理想值，需考慮溫度影響、有效利用率等因素進行修正。利用兩個修正后的光通量可以估算出要用的LED的數目。
菲涅耳透鏡如圖4所示，其實它是一種“太孔徑”的消球差透鏡，其光學作用和普通凸透鏡相同，但比凸透鏡薄，重量輕。設計時選用的菲涅耳透鏡環數越多，越有助于減小球差和透鏡厚度，使光斑更均勻。
在設計中采用透鏡對平行光束進行擴散處理來滿足標準的要求。將燈具外罩分割成矩形小單元多用來打碎光波的波面，有利于產生均勻的外觀效果。在每個小單元中，采用柱面透鏡使光束水平擴散，在確定單元寬度及要求的擴散角度之后，柱面透鏡的曲率半徑為：
在確定擴散角度時，應考慮平行光束可能會有一否定期的發散角度α，困此，若要求燈具總擴散角度為50°，則應該取有，否則可能會導致擴散角度過太。 根據標準，在垂直方向上也有一梯度的光強分布要求，且基本是在水平面之下?？煽紤]用楔形透鏡將光向下偏折，并借助于模擬軟件使光通量在垂直方向上合理分布。單元透鏡的結構如圖6所示。也可采用橢球面或輪胎面等具有水平和垂直兩個方向的弧度的結構，從而可以在兩個方向上用不同的曲率半徑達到不同的擴散效果。由于交通信號燈的標準一般要求光分布于水平之下，因此9在垂直方向上只需用上半段圓弧，產生向下擴散的效果。