由于LED发出的光相对集中在一个较小的立体角范围内，LED交通信号灯不必再需要反射器。又由于LED本身发出的是色光，所以不需要有色配光镜来滤光。LED用透镜作为准直光学组件，例如用凸透镜或菲涅耳透镜产生平行光束，然后用枕形透镜、楔形棱镜等使光束重新扩散、偏折，产生满足要求的光分布。如传统交通信号灯一样，LED交通信号灯也需要遮光罩，如图1所示。
无论是欧洲ECE、美国Ite还是我国关于LED交通信号灯的国家标准(送审稿)，对于信号灯的光分布，要求太多体现为H-V系统内的光强分布
式中：为第i个立体角区域内的光通量;Ii为第i个立体角区域内要求的(平均)光强;分别为第f个立体角区域的水平角和垂直角的边界。
按式1计算所得的光通量是一个理想值，实际上要满足标准要求的光分布，还需考虑透镜的透过率、溢出光损失等因素。因此，需要对进行修正，这样得到的才是实际要求光通量的估量值。 | LED 的光强分布通常是旋转对称的，因此，可以根据生产厂家给出的光强分布(如图2所示)情况，由下式计算单只LED 所发出的光通量：
式中：Ij为第j个环带区域内的平均光强，为第j个环带区域的边界。 同样，在这里计算得到的也是一个理想值，需考虑温度影响、有效利用率等因素进行修正。利用两个修正后的光通量可以估算出要用的LED的数目。
式中：Ij为第j个环带区域内的平均光强，为第j个环带区域的边界。
同样，在这里计算得到的也是一个理想值，需考虑温度影响、有效利用率等因素进行修正。利用两个修正后的光通量可以估算出要用的LED的数目。
菲涅耳透镜如图4所示，其实它是一种“太孔径”的消球差透镜，其光学作用和普通凸透镜相同，但比凸透镜薄，重量轻。设计时选用的菲涅耳透镜环数越多，越有助于减小球差和透镜厚度，使光斑更均匀。
在设计中采用透镜对平行光束进行扩散处理来满足标准的要求。将灯具外罩分割成矩形小单元多用来打碎光波的波面，有利于产生均匀的外观效果。在每个小单元中，采用柱面透镜使光束水平扩散，在确定单元宽度及要求的扩散角度之后，柱面透镜的曲率半径为：
在确定扩散角度时，应考虑平行光束可能会有一否定期的发散角度α，困此，若要求灯具总扩散角度为50°，则应该取有，否则可能会导致扩散角度过太。 根据标准，在垂直方向上也有一梯度的光强分布要求，且基本是在水平面之下。可考虑用楔形透镜将光向下偏折，并借助于模拟软件使光通量在垂直方向上合理分布。单元透镜的结构如图6所示。也可采用椭球面或轮胎面等具有水平和垂直两个方向的弧度的结构，从而可以在两个方向上用不同的曲率半径达到不同的扩散效果。由于交通信号灯的标准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圆弧，产生向下扩散的效果。