專利名稱：標(biāo)牌照明系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于照明標(biāo)牌，尤其是路牌、廣告牌、非機(jī)動車道標(biāo)牌、人行道標(biāo)牌和類似標(biāo)牌的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
常把目前用作路牌的反光路牌安裝在道路上方相當(dāng)高的位置，一般它們沒有寬的觀察角。機(jī)動車一般行駛時其前燈燈光向下指，即低光束，特別是在具有大交通流量的區(qū)域中，從而由前燈發(fā)出指向標(biāo)牌的光的量通常相當(dāng)少。結(jié)果，駕駛員在辨認(rèn)和閱讀路牌時可能有麻煩。在市區(qū)，一般有許多路燈、建筑物照明，以及霓虹燈，它們干擾駕駛員看見和閱讀路牌的能力。為了提高駕駛員辨認(rèn)和閱讀路牌的能力，路牌常設(shè)有照明光源。
圖5和6示出用于路牌的常規(guī)照明系統(tǒng)的例子。在圖5中，標(biāo)牌10被照明光源20，例如燈(通常是熒光燈)照亮，標(biāo)牌10和照明光源20都安裝在柱子30上。照明光源20從上方照亮標(biāo)牌10。在圖6中，照明光源20從下方照亮路牌10，標(biāo)牌10和照明光源20都安裝在柱子30上。這些用于照亮路牌的照明光源和方法都是基于JIS和日本路牌安裝標(biāo)準(zhǔn)條例。
第4,726,134號美國專利(Woltman)揭示了一種改進(jìn)的車行道標(biāo)牌，其中分別選擇標(biāo)牌表面的標(biāo)記和背景部分的反光性質(zhì)，以使標(biāo)牌在較長距離處看引人注目而在較短距離看清晰易讀。第4,957,335號美國專利(Kuney)中揭示了在基于微球的反光物體中選擇微球，以提高在窄觀察角處的反光亮度。1994年4月7日提交的第6-9426/94號日本專利申請(Nakajima)中揭示了一種基于微球的反光板，它包括用來在窄觀察角和寬觀察角處提供良好反光性能的兩類微球。
需要標(biāo)牌照明的更好的系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種照明標(biāo)牌系統(tǒng)以及一種用于照亮標(biāo)牌的方法。它特別適用于路牌、廣告牌、非機(jī)動車道標(biāo)牌、人行道標(biāo)牌，以及其它標(biāo)牌。
概括地說，本發(fā)明的照明標(biāo)牌系統(tǒng)包括一具有反光標(biāo)牌表面的標(biāo)牌和一照明光源。相對于標(biāo)牌表面放置照明光源，從而光源發(fā)出的光以大約0°到大約30°范圍內(nèi)的入射角入射到標(biāo)牌表面。標(biāo)牌表面包括反光部分，該部分具有寬的有效入射角和寬的有效觀察角。在此說明書結(jié)尾處提供了用于確定反光幾何關(guān)系的一個術(shù)語集。
概括地說，本發(fā)明的方法包括提供一具有包括反光部分的表面的標(biāo)牌、提供一照明光源、相對于標(biāo)牌表面放置照明光源，從而從照明光源發(fā)出的光以大約0°到30°之間的入射角入射到標(biāo)牌表面。標(biāo)牌表面的反光部分呈現(xiàn)寬的有效入射角和觀察角。然后表面光源照亮標(biāo)牌表面，使它更易于閱讀和理解，而不阻擋觀看者的觀察。反光部分以及照明光源的定位最好如此，從而觀看者在想要觀看的區(qū)域中觀看時基本上標(biāo)牌表面的任何部分都不被照明光源所遮擋。
反光板有效地向觀看者(例如駕駛員和行人)反射光，從而觀看者可容易地辨認(rèn)和閱讀標(biāo)牌。照明光源可以安裝在路肩上，從而可簡便而安全地對其保養(yǎng)不與車流干擾。反光板最好具有寬的有效入射角和寬的有效觀察角。相應(yīng)地，在諸如廣告牌的實(shí)施例中，機(jī)動車中的人和行人等觀看者可容易地看見廣告牌。結(jié)果，廣告牌收到了良好的廣告效果。
附圖概述參考附圖將更好地說明本發(fā)明，其中相同的部件以相同的標(biāo)號代表，以及

圖1示出沿高速公路的本發(fā)明典型的照明標(biāo)牌系統(tǒng)；圖2是說明確定依據(jù)本發(fā)明照明光源的柱子高度的圖；圖3是示出兩塊具有寬有效觀察角的反光板和一塊具有窄有效觀察角的反光板的觀察角和反射亮度之間關(guān)系的曲線圖；圖4(A)和4(B)是所示可用于本發(fā)明的反光板的剖面圖；圖5示出依據(jù)已有技術(shù)用于照亮路牌的外部照明光源的一個例子；圖6示出依據(jù)已有技術(shù)用于照亮路牌的外部照明光源的另一個例子；以及圖7是示出可用于本發(fā)明的泛光燈基本部分的部件分解圖。
這些理想化且不成比例的圖將只是示意性的而非限制性的。
本發(fā)明較佳實(shí)施方式為了使來自照明光源的光被標(biāo)牌反射而被駕駛員看見，從而使標(biāo)牌更易于看見和閱讀，標(biāo)牌應(yīng)以一觀察角反射光，該觀察角高于適用于反射來自汽車前燈的光從而容易被汽車駕駛員看見的反光材料中一般所提供的觀察角。當(dāng)討論反光物體時，被這些物體反射的光一般擴(kuò)展成向后指向光線的起點(diǎn)的光錐。在本發(fā)明的標(biāo)牌中，選擇反光材料，以提供比其它應(yīng)用中寬一些的光錐。例如，典型的窄觀察角反光板可分別在0.2°、2°、5°、15°和20°的觀察角下提供335、7.1、1.4、0.2和0.1的反光亮度(以堪/勒/平方米為單位)，而具有寬觀察角的反光板可分別提供140、3.8、1.2、0.6和1.1的反光亮度。
圖5和6示出應(yīng)用路牌的常規(guī)照明系統(tǒng)的例子。在圖5中，標(biāo)牌10被照明光源20，例如燈(通常是熒光燈)照亮，標(biāo)牌10和照明光源20都安裝在柱子30上。照明光源20從上方照亮標(biāo)牌10。在圖6中，照明光源20從下方照亮路牌10，而標(biāo)牌10和照明光源20都安裝在柱子30上。這些用于照亮路牌的照明光源和方法都基于JIS和日本路牌安裝標(biāo)準(zhǔn)條例。
如圖5和6所示常規(guī)標(biāo)牌的表面不具有寬的有效觀察角，因?yàn)樗鼈冞m用于反射來自汽車前燈的光而被汽車駕駛員看見。結(jié)果，只有少量從照明光源發(fā)出的光由標(biāo)牌向駕駛員反射；而如果在材料的有效入射角度內(nèi)，則大量的光一般被標(biāo)牌反光而返回照明光源或被漫反射而收益最小。此外，在圖6所示從下方照亮路牌10的系統(tǒng)中，照明光源20可遮擋駕駛員從特定角度看見標(biāo)牌。
在標(biāo)牌安裝在公路上，諸如常用于高速公路標(biāo)牌的情況下，為了使工作人員能接近標(biāo)牌以檢查和維修照明光源，圖5和6所示的系統(tǒng)可能需要阻塞或轉(zhuǎn)移車流。
本發(fā)明的一個優(yōu)點(diǎn)是可容易地辨認(rèn)和閱讀標(biāo)牌。另一個優(yōu)點(diǎn)是可如此放置照明光源，從而可容易地檢查和維修照明光源，而不產(chǎn)生交通阻塞。除了用作道路牌牌以外，本發(fā)明的照明標(biāo)牌系統(tǒng)還有利于提供容易被觀看者或行人辨認(rèn)的廣告牌或提供用于非機(jī)動車道、人行道的標(biāo)牌和類似標(biāo)牌。
依據(jù)本發(fā)明，與先前所述非常不同的方式相對于標(biāo)牌放置照明光源。在一些實(shí)施例中，可離開標(biāo)牌一定的距離單獨(dú)安裝照明光源。相對于標(biāo)牌放置照明光源，從而發(fā)出的光在標(biāo)牌表面的任一點(diǎn)處形成0°至大約30°范圍內(nèi)的入射角或進(jìn)入角。在一些實(shí)施例中，發(fā)出的光線對標(biāo)牌表面的入射角(θ)可在0°到大約15°的范圍內(nèi)。標(biāo)牌表面包括反光部分并呈現(xiàn)出寬的有效觀察角。結(jié)果，從照明光源發(fā)出的大部分光將被標(biāo)牌反射，從而可被想要觀看者，諸如機(jī)動車的駕駛員和乘客看見。
在標(biāo)牌懸掛在道路的一個或多個車道的情況下，在更靠近道路邊的標(biāo)牌外部或最好在路肩上安裝補(bǔ)充照明光源。本發(fā)明可以如此對照明光源進(jìn)行定位，這樣做又可以檢查和維修照明光源而把對車流的阻擋減到最少。
在一較佳實(shí)施例中，照明光源包括帶有障板的泛光燈，從而光源基本上只照亮路牌的表面。結(jié)果，光源發(fā)出的光不干擾行駛在其它車道例如沿反方向行駛的車輛的車道上的汽車駕駛員。
在一較佳實(shí)施例中，照明光源的泛光燈離地面的高度H用如下的式子表示(100-L)X/100＜H＜(X+Y)(300-L)/300這里L(fēng)是照明光源和路牌之間的水平距離(小于大約100米，小于或等于大約50米較好，在大約20到大約40米之間更好)，X是標(biāo)牌表面的底部離地面的高度，Y是標(biāo)牌表面的頂部離地面的高度。
在閱讀了此說明書后，本領(lǐng)域內(nèi)的那些一般技術(shù)人員可容易地選擇適用于標(biāo)牌表面的反光材料。示出的例子包括封裝透鏡型反光材料、暴露透鏡型反光材料，或嵌入透鏡型反光材料。合適的材料可以板形式(柔性的或較硬的)購得，如果需要也可形成漆層或涂層。上述第4,726,134號美國專利(Woltman)、第4,957,335號美國專利(Kuney)和第6-9426/94號日本專利(Nakajima)申請中揭示了能使本領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員選擇用于本發(fā)明的合適反光材料的內(nèi)容。在第4,505,967號美國專利(Bailey)中也揭示了一種反光板，它在適用于本發(fā)明的較大入射角處具有良好的反光性能。
用于本發(fā)明的反光材料最好把其在0.2°觀察角處的亮度至少百分之20，更好是至少百分之40保持在10°觀察角處。將理解可用其它反光材料以依據(jù)本發(fā)明取得有利的效果。
圖1示出對一般高速公路所安裝的本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例。圖中示出第一和第二車道T1和T2、側(cè)路S1(例如故障車道)、路肩E，以及具有寬度為W的表面的標(biāo)牌10。標(biāo)牌表面有著上述具有寬觀察角的反光板。照明光源20最好安裝在路肩上，它包括裝在發(fā)出光的照明光源20頂部的泛光燈20a。X是標(biāo)牌表面下邊離地面的高度。Y是標(biāo)牌表面上邊離地面的高度，L是照明光源20和路牌10之間的水平距離，H是照明光源20的泛光燈20a離地面的高度。
虛線表示從泛光燈20a向路牌10發(fā)出的光線的路徑。光路在路牌10的頂點(diǎn)A、B、C和D處形成入射角θ1、θ2、θ3和θ4。最好如此放置路牌10，從而它基本上與車道T1和T2正交。
如此布置照明光源20，從而從照明光源20向路牌10發(fā)出的光線的入射角θi(i＝1到4)滿足下式0°＜θi＜30°(I)將參考圖2說明照明光源20的較佳高度。如上所述，路牌10的底部離地面的高度為X，標(biāo)牌表面的頂部的高度為Y，照明光源20和路牌10之間的水平距離為L，照明光源20的柱子高度為H。標(biāo)號40是在道路上駛近標(biāo)牌的的汽車。當(dāng)標(biāo)牌系統(tǒng)適合于汽車40和路牌10之間200米的距離時，如下計(jì)算用于柱子高度H的適宜值(應(yīng)理解L一般小于或等于100米，小于或等于大約50米較好，在大約20和40米之間更好)(100-L)X/100＜H＜(X+Y)(300-L)/300(II)以這樣的高度，駕駛員處于最佳的觀察角，在該觀察角下，從照明光源發(fā)出的光使得汽車40的駕駛員更容易辨認(rèn)和閱讀路牌。在此距離處，駕駛員一般可以例如大約0°的窄的仰角看見路牌。
參考圖3，曲線代表在改變的三種反光板的所示觀察角處的相對反光亮度?？v軸代表反光亮度，而橫軸代表觀察角。曲線“a”是具有寬觀察角響應(yīng)(例如大約40°左右)的反光板的曲線，曲線“b”是具有稍窄觀察角響應(yīng)(例如大約25°左右)的反光板的曲線，曲線“c”是具有較窄觀察角響應(yīng)(例如只有2°)的反光板的曲線。曲線“a”和“b”的板非常適用于本發(fā)明。然而，“c”的板適用于非常窄的觀察角(在那里其反光性能顯著大于其它兩種板的反光性能)因而不是很適用于本發(fā)明。
對一駛近的汽車中的觀看者來說，來自曲線“c”的板的反光亮度在大約0°到大約2°的觀察角處很高，但它隨觀察角的增加而很快降低。結(jié)果，在觀看者離開高亮度觀察角時，反光板的能見度突然減小。如果如圖6所示靠近標(biāo)牌10安裝照明光源20，則來自照明光源的光在路牌上形成0°到60°范圍內(nèi)的入射角。常規(guī)板制成的標(biāo)牌只漫反射此光，因此發(fā)出的光未被反射，從而使得駕駛員更能看見和閱讀標(biāo)牌。此外，相對于標(biāo)牌表面放置圖6的照明光源，從而它將暫時遮擋路過的坐汽車的人看見標(biāo)牌。
另一方面，曲線“a”的反光板可對范圍從0°到大約40°的寬觀察角穩(wěn)定地提供反射亮度。如上所述，照明光源20的照明角最好限制在0°到大約30°。0°到大約30°的范圍與0°到大約40°的觀察角范圍的10°之差可向坐汽車的人提供保證能看到的安全系數(shù)，以增加安全性。對觀看路牌板10的駕駛員來說，觀察角和反射亮度之間的關(guān)系在0°到30°范圍內(nèi)是最穩(wěn)定的。
曲線b的反光板在0°到25°范圍內(nèi)的觀察角中提供了良好的反射亮度。實(shí)際上，這一觀察角范圍足以使駕駛員辨認(rèn)和閱讀路牌。此外，很容易以低成本制造具有此觀察角范圍的路牌，因此它們被廣泛使用。
照明光源20最好安裝在路肩E上，從而照明光源20使駕駛員容易地辨認(rèn)和閱讀路牌而沒有死角，即不遮擋坐汽車的人看見標(biāo)牌。很容易檢查和維修安裝在路肩E上的照明光源20。
圖4(A)和4(B)是示出反光板例子的剖面圖，這些板可具有本發(fā)明路牌所需寬的有效觀察角。圖4(A)的板是封裝透鏡型，而圖4(B)的板是暴露透鏡型。在上述第6-69426號日本專利申請中揭示了這些板，整個地將該專利結(jié)合在這里。
在圖4(A)和4(B)中，標(biāo)號1是球形透鏡(玻璃珠)，2是粘合劑，3是反光薄膜(例如，鋁)，4是粘附層，5是暫時分離襯墊，6是支撐物(例如，標(biāo)牌板)，7是透明覆蓋薄膜，8是一被封裝的單元。這些例子使用兩種具有不同折射率的玻璃珠，以提供10CPL(堪/勒/平方米)的亮度，對1°到3°的觀察角最好是20CPL，對8°到20°的觀察角至少為大約1CPL。結(jié)果，反光板給路牌提供了足夠的視見度。不特別限定玻璃珠的折射率，但它們可以是1.5到2.3。如果它們低于1.5或高于2.3，則玻璃珠可能失去透明性。
圖7是示出可應(yīng)用本發(fā)明的所示泛光燈基本部分的部件分解圖。泛光燈具有燈71、反光鏡72、限制器73和fresnel透鏡74。本發(fā)明最好單獨(dú)地安裝與路牌隔開選定距離和位置的照明光源。例如，把照明光源安裝在路肩上。在此情況下，必須采取有效措施，以阻擋除了朝標(biāo)牌方向以外的光發(fā)射。這些光可干擾在反向車道上行駛的汽車中的駕駛員的視見度，引起交通事故。相應(yīng)地，泛光燈20a(圖1)照射區(qū)域最好限定于路牌。限制器73位于fresnel透鏡74的焦點(diǎn)處。限制器73的表面反射周圍環(huán)境的光。當(dāng)人們觀察被反射的周圍環(huán)境的光時，除了反射路牌的部分以外，可用一條帶子遮蓋限制器73。這條帶子防止限制器73反射光。結(jié)果，來自燈71的光只照射路牌。被帶子遮蓋的限制器的部分叫做障板。
雖然結(jié)合路牌說明了依據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)和方法，但本發(fā)明也可用作廣告牌，用于非機(jī)動車道、人行道等的標(biāo)牌。本發(fā)明單獨(dú)地安裝廣告牌和外部照明光源。來自照明光源的光線形成0°到大約30°范圍內(nèi)的入射角(θ)，實(shí)際上它在廣告牌上的任一點(diǎn)處為0°到大約15°。廣告牌的顯示區(qū)域由具有寬觀察角的反光板制成。因?yàn)閺V告牌的結(jié)構(gòu)與路牌相同，所以不對其作詳細(xì)說明。在圖1中，可用具有相同結(jié)構(gòu)的照明光源的廣告牌來替代路牌10。
例子將參考以下示出的例子進(jìn)一步說明本發(fā)明。
估算各種照明條件下路牌的反射亮度。表1示出在如下所述的各種照明條件下獲得的反光亮度的測量值。
在三種不同的條件下提供照明。在條件1中，照明來自照明距離為20米(圖1中L)的路肩E。在條件2中，照明來自照明距離為40米(圖1中L)的路肩E。在條件3中，照明來自安裝在路牌下端的一臂端。
在路牌表面的五個點(diǎn)處測量反射亮度，并取平均值。
外部照明光源是路燈。
使用兩種反光板(1)不具有寬觀察角的反光板(相應(yīng)于圖3的曲線“c”)，以及(2)具有寬觀察角的反光板(相應(yīng)于圖3的曲線“b”)。
獲得的結(jié)果如以下表1所示(亮度以堪/勒/平方米為單位)。
表1

在表1中很明顯的是，具有寬觀察角反光板的測量A和B的反光亮度在不同的照明條件下對從50到200米的距離都處于高水平。與圖6已有技術(shù)的測量D(使用只有窄觀察角響應(yīng)的反光板)相比，本發(fā)明提供了出眾的性能。雖然測量C使用具有寬觀察角的反光板，但觀察到較低的亮度，這是因?yàn)闆]有依據(jù)本發(fā)明放置照明光源和標(biāo)牌的緣故。
表2示出路牌寬度W為6、8和10米，且路牌和駕駛員之間的距離為50、100和200米時由反射光線形成的最大的角。
表2

術(shù)語集在討論反光的幾何關(guān)系時在這里使用以下定義“基準(zhǔn)軸”是在光入射到其上的點(diǎn)處垂直于反光物體的線。
“入射軸”是用從光源(例如，機(jī)動車的前燈)到反光物體上入射點(diǎn)的入射光線的路徑所確定的軸。
“進(jìn)入角”(有時叫做“入射角”，也叫做β)是基準(zhǔn)軸和入射軸之間的角。
“觀察軸”是由從反光物體上的入射點(diǎn)到觀察點(diǎn)(例如，機(jī)動車駕駛員的眼睛)的反光的光線路徑所確定的軸。
“觀察角”(有時叫做α)是進(jìn)入軸和觀察軸之間的角。
“進(jìn)入平面”是由基準(zhǔn)軸和入射軸所確定的平面。
“觀察平面”是由觀察軸和入射軸所確定的平面。
本發(fā)明的各種改變和變化將對本領(lǐng)域內(nèi)的那些熟練技術(shù)人員變得明顯起來，而不背離本發(fā)明的范圍和精神。
權(quán)利要求
1.一種標(biāo)牌照明系統(tǒng)，其特征在于包括一具有標(biāo)牌表面的標(biāo)牌和一照明光源，所示照明光源發(fā)出的光線以大約0°到大約30°范圍內(nèi)的入射角入射到所示標(biāo)牌表面，所示標(biāo)牌表面包括反光部分。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述照明光源發(fā)出的光線以大約0°到30°之間的入射角入射到所述標(biāo)牌表面，此范圍基本上用于所有的所述標(biāo)牌表面。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述標(biāo)牌置于路肩上。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述標(biāo)牌置于馬路上方。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述照明光源安裝在路肩上，而所述標(biāo)牌是從路牌和廣告牌的組中選出來的。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述照明光源包括泛光燈，泛光燈具有障板裝置，從而泛光燈基本上只照亮所述標(biāo)牌表面。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于按如下式子相對于地面上方的所述標(biāo)牌表面放置所述泛光燈(100-L)X/100＜H＜(X+Y)(300-L)/300這里L(fēng)是所述照明光源和所述標(biāo)牌表面之間的水平距離，X是所述標(biāo)牌表面的底部在地面上方的高度，Y是所述標(biāo)牌表面在地面上方的高度，H是所述泛光燈在地面上方的高度，其中所有的距離都以米為單位，且L小于或等于100米。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述入射角在0°到大約15°范圍內(nèi)。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述反光部分包括封裝透鏡型、暴露透鏡型和嵌入透鏡型反光材料中的至少一種材料。
10.一種照亮具有包括反光部分的標(biāo)牌表面的標(biāo)牌的方法，所述方法包括相對于標(biāo)牌表面放置照明光源的步驟，以有效地利用寬的觀察角，而不遮擋觀察者觀看標(biāo)牌板上任一反光點(diǎn)，以及使照明光源發(fā)出的光線在路牌上的任一點(diǎn)形成0°到大約30°范圍內(nèi)的入射角的步驟。
11.如權(quán)利要求的10所述的方法，其特征在于所述標(biāo)牌表面到所述照明光源的距離的范圍從大約10米到大約100米。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于照亮標(biāo)牌的系統(tǒng)和方法，從而駕駛員和觀察者可容易地辨認(rèn)和閱讀標(biāo)牌和廣告牌。該設(shè)備使用一容易檢查和維修的外部照明光源。相互獨(dú)立地安裝照明光源和標(biāo)牌或廣告牌。從照明光源發(fā)出的光線在路牌上的任一點(diǎn)形成0°到大約30°范圍內(nèi)的入射角(θ)。標(biāo)牌的路牌區(qū)域由具有寬觀察角的反光板制成。
文檔編號G09F13/02GK1155345SQ95194507
公開日1997年7月23日 申請日期1995年7月27日 優(yōu)先權(quán)日1995年7月27日
發(fā)明者渡辺芳郎, 中嶌敏隆, 桃澤宗夫, 垣下賢 申請人:美國3M公司