本發(fā)明涉及一種緊湊且堅(jiān)固的地面照明系統(tǒng)，例如，道路路釘，其可給一基本水平的接收平面提供良好清晰的照明?？刂普彰鞴饩€在垂直方向上的發(fā)散從而使得光入射到地面上的預(yù)先設(shè)定的區(qū)域內(nèi)。當(dāng)在夜間或是弱光條件下的道路上使用所述系統(tǒng)時(shí)，其可給在道路上的用戶提供額外的安全性。因此，所述系統(tǒng)可以有利地被道路上的行人、騎車的人、車輛尤其是公路車輛使用。所述系統(tǒng)還可用于照亮飛機(jī)跑道。

背景技術(shù)：

當(dāng)局主管部門、規(guī)劃者以及設(shè)計(jì)者關(guān)注的是提供一種更安全的交通系統(tǒng)，其目標(biāo)是能避免道路使用者受傷和死亡。

例如，人們非常關(guān)注減少道路上發(fā)生交通事故的數(shù)量。立法者不斷致力于提高車輛的安全性，并且趨勢是重點(diǎn)關(guān)注道路安全，包括標(biāo)志、布局以及照明。

此外，程序上傾向于可持續(xù)性和成本意識(shí)。在道路、高速路和機(jī)場跑道，或是人行道上提供安全的經(jīng)濟(jì)有效的方式是提供照明。

特別地，大多數(shù)車輛多年來提供有它們自己的照明，如那些被稱為“貓眼(cats-eyes)”的反光鏡，其可提供便于顯示照明路徑的具有成本效益、有效且簡單的裝置。這些提供了安裝在道路上并用來反射來自于車輛車前照燈的入射光的無源反射器。(貓眼(CATSEYE)是公認(rèn)的注冊(cè)商標(biāo))。

然而，即便有這樣的反射器，但有時(shí)道路對(duì)于司機(jī)來說還是有危險(xiǎn)的，尤其是在急轉(zhuǎn)彎或彎道的地方，且它們只能提供有限的照度。

另一不足之處在于，傳統(tǒng)的“貓眼”道路路釘只有在車輛車前燈的入射光被反射到駕駛員時(shí)才起作用，且為了發(fā)生這種情況，所述車輛需要相對(duì)地靠近所述“貓眼”道路路釘，以使得從車輛前照燈到所述“貓眼”道路路釘以及從所述“貓眼”道路路釘?shù)剿鲴{駛員的視野為一直線。從貓眼反射回的光線并不能有效地照亮路面，因?yàn)楣饩€被反射回光源，即，前照燈。因此，駕駛員往往沒有辦法利用此類傳統(tǒng)的“貓眼”道路路釘來判斷比所述車輛車前燈所照亮的更遠(yuǎn)的所述道路的位置遠(yuǎn)。

現(xiàn)有技術(shù)

已經(jīng)提交了許多關(guān)于試圖解決該問題的設(shè)備的專利申請(qǐng)，包括：

美國專利申請(qǐng)US2007 297 805(拉比諾維奇(Rabinovich))中公開了一種光通信系統(tǒng)，其包括：具有用于發(fā)送一詢問光束的發(fā)射器以及用于接收所述詢問光束的接收器的第一終端。第二終端具有貓眼調(diào)制回復(fù)反射器(MRR)組件，其包括貓眼MRR，其中，所述貓眼MRR包括用于調(diào)制從接收到的來自于所述發(fā)射器的詢問光束的調(diào)制器。

光學(xué)聚焦設(shè)備將來自于發(fā)射器的詢問光束與調(diào)制器對(duì)焦，且反射器將所調(diào)制的光束反射到所述接收器。所述貓眼MRR組件還包括設(shè)置在所述貓眼MRR的光學(xué)孔中的光束偏轉(zhuǎn)器以大致地偏轉(zhuǎn)從所述發(fā)射器到貓眼MRR的聚焦設(shè)備的詢問光束。

韓國專利申請(qǐng)KR 2005 0 006 031(金(Kim))公開了一種增強(qiáng)反射器的反射亮度并通過使用一便于制造的固態(tài)反射器來降低制造成本的道路路釘。所述道路路釘包括：埋在道路下面的錨，安裝在所述錨上以凸出所述路面的頭部；以及由與所述頭部的側(cè)邊相連的固定板構(gòu)成的反射器。所述固定板上設(shè)有幾個(gè)反射單元，且所述板反射光線。所述反射器由透光材料，例如，玻璃或透明合成樹脂制成，并且如果需要的話，可與顏料混合以點(diǎn)亮某一特定顏色。

授權(quán)的歐洲專利EP 1 281 021(里斯金(Rizkin)，等)公開了一種用于引導(dǎo)低發(fā)散光源或是基本平行于光軸方向的光源的光線的光變壓器。所述設(shè)備包括：用于接收來自于所述光源的光的第一端部；輸出所接收到的光的第二端部，所述第二端部位于所述設(shè)備的與所述第一端部相對(duì)的端部；位于所述設(shè)備的第三端部的第一器件；且位于所述第一器件的端部的第一平面光學(xué)窗口。

所述第一平面光學(xué)窗口基本垂直于所述光軸方向，其中，所述第一器件具有一外壁，其包括用于反射所接收到的、在一方向上通過所述第一平面光學(xué)窗口的低發(fā)散或基本平行于所述光軸方向的光源的全內(nèi)反射表面。

澳大利亞專利申請(qǐng)AU 690 674(以塞亞(Ishida))公開了一種自發(fā)光道路路釘，其包括具有用作保持支柱的直徑逐漸減小的底部以及至少部分透明的頂部的主體，以及所述主體內(nèi)的光源，其發(fā)光通過所述頂部。

英國專利申請(qǐng)GB 494 297(巴爾斯(Barrs)，等)公開了以直線沿道路的路緣或是其它邊緣設(shè)置的反射器。所述反射器如此設(shè)置使得汽車的前照燈的光束可從每一反射器的外邊緣傳到下一相鄰的反射器，以給駕駛員提供一沿所述路緣的連續(xù)光帶的效果。

反射器被安裝在路緣的槽中并由汽車的前照燈照亮。所述槽可以是連續(xù)的，或者也可以提供一系列的槽。所述反射器可布置為垂直于路緣線或是與所述前照燈的光束正交。在變化實(shí)施方式中，副反射面設(shè)置在所述主反射器的兩側(cè)。

英國專利申請(qǐng)GB485 940公開了一種(米切爾(Mitchell))公開了形成有路緣或類似道路邊緣的頂表面以呈現(xiàn)具有反射表面的多個(gè)凹口或波紋，其給車輛的駕駛員呈現(xiàn)了連續(xù)的或幾乎連續(xù)的光帶。所述凹口或波紋可成型在所述路緣的材料中或是路緣中設(shè)置的構(gòu)件上。在一種結(jié)構(gòu)中，具有金屬加強(qiáng)件的瓦片被設(shè)置到所述路緣的上表面，其上反射面與所述路緣表面相齊平。

當(dāng)在某些情況下使用上述系統(tǒng)時(shí)，它們存在缺陷，嚴(yán)重到不能在道路上提供良好定義和擴(kuò)展照明。就Rizkin來說，關(guān)鍵的光學(xué)部件(TIR透鏡)必須完全位于所述道路水平線上方才能有效地工作。為避免迎面而來的車倆可能造成的撞擊傷害，道路路釘不能伸出地面之上太多且必須具有流線型的輪廓。因此，現(xiàn)有技術(shù)中的裝置，包括Rizkin是不利的。這些不高于地面的現(xiàn)有裝置很少提供在道路上的良好限定和擴(kuò)展照明。擴(kuò)展是指在路徑長度上的照明延伸超過1米或更多。

本發(fā)明的技術(shù)背景

乍看起來，可以主張簡單地縮小裝置如Rizkin中的所有光學(xué)部件，即可解決緊湊性和堅(jiān)固性問題，并同時(shí)保持良好限定的擴(kuò)展光束，然而，為什么不是這樣的情況，這其中還有實(shí)際和基本的光學(xué)原因。

下面的討論將提供為什么簡單地減小光學(xué)部件的尺寸不能提供有效的地面照明的說明。該討論將參照多個(gè)有關(guān)地面照明的條件。

首先，任何照明光線的入射角角度實(shí)際上是變淺的，即，以極度傾斜的角度。由于在接收平面上的極斜入射角，需要使用高流明光源以快捷地實(shí)現(xiàn)可見照明，也就是提供足夠的勒克斯值。通常，夜晚的地面上需要幾個(gè)或更高的勒克斯值。LED是越來越受到青睞的光源且高流明LED通常具有寬角分布(通常＞100度)。該事實(shí)直接意味著任何收集光學(xué)部件必須收集輸入角大于100度的光。技術(shù)挑戰(zhàn)是制造低光圈值光學(xué)部件(包括具有相當(dāng)于一個(gè)光圈值特性的非成像集中器光學(xué)部件)。此外，為產(chǎn)生低發(fā)散光束，所述收集光學(xué)部件的有效焦距必須遠(yuǎn)大于所述光源尺寸?？傊?，傳統(tǒng)光學(xué)裝置中，f(焦距)必須是長的，且如果收集100度光的光圈值太低，則需要大的、長的光學(xué)部件。這些理由說明為了地面照明而具有一完全位于地面上的準(zhǔn)直透鏡將導(dǎo)致一個(gè)相對(duì)高的、大的光學(xué)部件，這是不利的。此外，魯棒性的要求意味著彼此之間具有空隙或是光源與所述光學(xué)部件之間具有空隙的離散的光學(xué)部件是機(jī)械弱點(diǎn)的潛在點(diǎn)。光學(xué)部件內(nèi)的任何空隙都不是機(jī)械弱點(diǎn)的來源，如果它們直接位于堅(jiān)固的防護(hù)材料的厚的固體片材的下方的話。

提出了從入射在表面上的一束光線的入射和折射波陣面來確定一光學(xué)表面的形狀的理論和假設(shè)。具體地，我們需要折射面S的形狀基本準(zhǔn)直來自于光源表面S₀上的點(diǎn)發(fā)出的光線。此外，與本發(fā)明相關(guān)的關(guān)鍵情況在于出射光線何時(shí)被準(zhǔn)直以及所述光線束何時(shí)以大角度折射。該情況僅在TIR(全內(nèi)反射)情形以外發(fā)生。為清楚分析，主要討論簡單和重要光線。由于光源，尤其是例如高流明功率LED光源的有限尺寸，真正的光線會(huì)更加的復(fù)雜并包括許多雜散射線。事實(shí)上，所述LED作為多個(gè)點(diǎn)光源，可彼此移動(dòng)。因此，從各點(diǎn)光源產(chǎn)生的準(zhǔn)直光線的方向?qū)⑹亲兓?，從而總的光線束將在一定程度上發(fā)散。由于LED產(chǎn)生的實(shí)際光線具有測量特性以及可作為光線數(shù)據(jù)文件夾導(dǎo)入到光學(xué)模擬程序中，所以在建模、設(shè)計(jì)以及優(yōu)化時(shí)需考慮到包括所述雜散光線在內(nèi)的所述光線的所有真實(shí)特性，從而可得到有效的折射表面。該表面自然會(huì)與后續(xù)理論分析所預(yù)測的有所不同。

如下文中將解釋的，所述理論也可應(yīng)用于S為一反射表面。為了解釋該理論，我們將關(guān)注于折射表面。圖24中示出了所述光學(xué)結(jié)構(gòu)的平面圖和側(cè)視圖，其中，對(duì)稱軸平行于笛卡爾坐標(biāo)系中所表示的xyz的y軸。所述光源和折射表面被標(biāo)記為S₀和S。

此類分析的一個(gè)較好的理論起點(diǎn)是為散光成像分析而提出的科丁頓理論(Coddington theory)。所述科丁頓方程通常如下定義：

n_r/s_r-n_i/S_i＝(n_rcosθ_r-n_icosθ_i)/r_s (1)

n_rcos²θ_r/t_r-n_icos²θ_i/t_i＝(n_rcosθ_r-n_icosθ_i)/r_t (2)

其中，θ_r和θ_i為由具有局部主曲率半徑r_s和r_t的表面所折射的子午光線的折射角和入射角。所述折射表面分離介質(zhì)的折射率n_i和n_r。距離s_r和s_i分別為沿所述光線從所述子午面到所述表面最高點(diǎn)以及從所述表面最高點(diǎn)到所述子午面的共軛距離，其中，下標(biāo)i和r代表入射和折射(反射)光線。距離t_r和t_i分別為沿所述光線從所述切面到所述表面最高點(diǎn)以及從所述表面最高點(diǎn)到所述切面的共軛距離。為了本發(fā)明的分析，我們需要更廣義地描述所述表面曲率以及波陣面形狀。因此，我們的分析是基于詳細(xì)記載在技術(shù)文件中的廣義科丁頓方程(Blendowske R.，“傾斜球柱透鏡中的傾斜中央折射”，驗(yàn)光和視覺科學(xué)，第79卷第1期，2002)。

在分析的第一步，我們假設(shè)所述表面以及所述入射和折射波長可以由拋物線函數(shù)來近似。因此，用于所述入射和折射波陣面的方程為：

W_i＝x²/2s_ix+xy/s_ixy+y²/2s_iy (3)

W_r＝x²/2s_rx+xy/s_rxy+y²/2s_ry (4)

用于曲面元S的方程為：

S＝x²/2s_x+xy/s_xy+y²/2s_y (5)

注意，所述波陣面和表面S各由一局部坐標(biāo)系來定義，xyz用于表面S，以及x_iy_iz_i和x_ry_rz_r用于波陣面Wi和Wr，如圖25所示。在下面的分析中，我們將導(dǎo)出系數(shù)s_x、s_xy以及s_y的表達(dá)式。

參考圖25中的幾何圖形，利用面元的科丁頓廣義方程可表示成：

n_rR_rC_rR_r^-1-n_iR_iC_iR_i^-1＝(n_rcosθ_r-n_icosθ_i)C (6)

其中，θr和θi為等式(1)和(2)中所示子午光線的折射角和反射角，項(xiàng)Ci和Cr為入射和折射波陣面的曲率矩陣，C為曲面元的曲率矩陣，Ri和Rr為入射和折射光束的旋轉(zhuǎn)矩陣以及n_i和n_r為入射和折射介質(zhì)的折射率。

利用微分幾何的標(biāo)準(zhǔn)值，所述曲面元的曲率矩陣可由下式表示：

利用等式(3)和(4)，所述曲率矩陣可表示為：

可以類似的方式利用等式(1)、(2)和(4)推導(dǎo)出入射(Ci)和折射(Cr)波陣面的曲率矩陣：

和

入射和折射光線線束的旋轉(zhuǎn)矩陣為：

和

將矩陣等式(7)-(12)代入到等式(6)中，在一些代數(shù)后，我們得到表面s的系數(shù)的等式：

s_xy＝(n_r cos θ_r-n_i cos θ_i)s_rxy s_ixy/(s_ixy n_r cos θ_r-s_rxy n_i cosθ_i) (13)

S_x＝(n_r cos θ_r-n_i cosθ_i)s_rx s_ix/(s_ix n_r cos θ_r-s_rx n_i cosθ_i) (14)

s_y＝(n_r cos θ_r-n_icosθ_i)s_ry S_iy/(s_iy n_r cos²θ_r-S_ry n_icos²θ_i) (15)

將上述系數(shù)代入等式(5)得到的表面S的方程中。在許多情況下，假設(shè)波陣面Wi為球面波是方便的。因此，等式(3)中的項(xiàng)xy可被設(shè)為零。在完全準(zhǔn)直表面的情況下，所述折射波陣面可以是平面。但是，出于實(shí)際的目的，我們需假設(shè)所述折射光束不能被完全準(zhǔn)直。因此，等式(4)中限定的波陣面Wr對(duì)應(yīng)于在反射通過所述表面S后的最大可接受波陣面誤差。

在表面S提供完全準(zhǔn)直的情況下，項(xiàng)s_rx、s_ry和s_rxy趨于無窮大。假設(shè)所述入射波陣面為拋物線，則方程(13)-(15)為：

s_xy＝(n_r cos θ_r-n_icosθ_i)s_ixy/(-n_icosθ_i) (16)

s_x＝(n_r cos θ_r-n_icosθ_i)s_ix/(-n_icosθ_i) (17)

S_y＝(n_r cos θ_r-n_icosθ_i)S_iy/(-n_icos²θ_i) (18)

對(duì)于球形入射波陣面半徑s，我們?cè)O(shè)s_ixy＝無窮大，以及s_ix＝s_iy＝s以得到：

s_x＝(n_icosθ_i-n_rcos θ_r)s/(n_icosθ_i) (19)

S_y＝(n_icosθ_i-n_r cos θ_r)s/(n_icos²θ_i) (20)

上述等式基本是標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)向和切向科丁頓方程。

請(qǐng)注意，上述折射表面的分析可以相同曲率的反射鏡代替。上述理論中唯一需要修改的是，將指數(shù)n_r修改為-n_r。還需注意的是，為了說明該理論，附圖中所示出的光束發(fā)散以及所述表面和波陣面曲率被明顯放大了?？贫☆D理論應(yīng)用的邊界，將所述發(fā)射角限制到了幾度。

參考附圖26，我們利用等式(13)-(15)來評(píng)估所述表面S的曲面元△S(由乘積δxδy得到)的表面曲率表示。

所述折射率以及波束角為：

n_r＝1.492(PMMA，光學(xué)亞克力)

n_i＝1.585(聚碳酸酯)

θ_i＝75°；以及

θ_r＝85°。

我們將等式(3)和(4)的波陣面“s”參數(shù)定義為：

s_ix＝δx/δθ_ix；s_iy＝δy cos θ_i/δθ_iy；s_rx＝δx/δθ_rx；和s_ry＝δy cos θ_r/δθ_ry

則光束發(fā)射角為：

δθ_ix＝0.2°；δθ_iy＝1°；δθ_rx＝0.1°；和δθ_ry＝1.25°

最后，所述曲面元△S的尺寸為：

δx＝δy＝1mm

現(xiàn)在應(yīng)用等式((13)-(15)并假設(shè)所述入射和折射波陣面以及所述表面的形狀為橢圓(允許我們?cè)O(shè)s_ixy＝s_rxy＝s_xy＝∞)，我們得到由等式(5)所給定的所述面元等式的系數(shù)：

s_x＝-95.7；s_y＝-64.8；以及s_xy＝∞(單位是毫米)

下面的表1中列出了在計(jì)算中所得到的中間值：

表1

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供了一種劃定具有緊湊光學(xué)部件并減少地面上氣腔的跑道、道路或巷道的方式。本發(fā)明提供了一種良好定義的照明光束，從而可提高安全性并促進(jìn)導(dǎo)航的改進(jìn)。該新穎的光學(xué)結(jié)構(gòu)還可使得具有機(jī)械魯棒性的緊湊幾何結(jié)構(gòu)成為可能，并具有平滑的錐形輪廓，從而使得由在所述單元上行駛的車輛所產(chǎn)生的任何沖擊將產(chǎn)生最小的影響。

此外，可以對(duì)本發(fā)明中的有源部件的電子控制進(jìn)行遠(yuǎn)程編址，以便調(diào)整照明模式而無需直接進(jìn)入到所述系統(tǒng)的殼體內(nèi)。

在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，設(shè)置有近TIR(全內(nèi)反射)裝置，其可收集整體位于地面以下的準(zhǔn)直光學(xué)部件所產(chǎn)生的光。然后，該光以一個(gè)斜角橫向折射。所述折射的光被進(jìn)一步折射并經(jīng)一環(huán)形輸出透鏡調(diào)整，從而使得所述裝置具有小高度的出口孔，并且提供在所述地平面上的良好定義的照明。在所照明區(qū)域的最遠(yuǎn)點(diǎn)(通常大約為一米或以上)可達(dá)到幾勒克斯或更高的照度。

在另一實(shí)施方式中，提供了反射表面以將會(huì)被浪費(fèi)的光重新導(dǎo)向到太陽能電池或類似的光電子器件上。

在另一實(shí)施方式中，所述照明光束的強(qiáng)度分布可用于照亮地面上的涂料或其它標(biāo)記區(qū)域。所述涂料可簡單反射——也可通過添加反射粒子來增強(qiáng)。另外或可選地，所述涂料是可發(fā)光的(磷光)，從而使得當(dāng)其被來自于照明系統(tǒng)或太陽的入射光落到其上對(duì)其“充電”時(shí)，其后續(xù)可在較長的一段時(shí)間內(nèi)發(fā)光(不一定與入射光波長相同)，這段時(shí)間可以是幾分鐘或是幾小時(shí)。所述照明光束強(qiáng)度分布以這樣一種方式控制：從所述發(fā)光涂料反射后，其提供均勻的照明(當(dāng)由道路使用者看到時(shí))。所述由光束照射的涂料區(qū)域可采用點(diǎn)或條帶狀圖案的形式，其密度可控(即，每單位面積的點(diǎn)數(shù)量)，從而實(shí)現(xiàn)所需的強(qiáng)度模式。

這提供了具有均勻照明的具有某種形狀的照明區(qū)域。就發(fā)光的可充電涂料來說，所述照明的強(qiáng)度分布被設(shè)置成在所述照明區(qū)域的整個(gè)長度上提供所述涂料的有效充電以及均勻的勒克斯值。在夜晚或陰天條件下，自發(fā)光可充電涂料不能被充電，電荷將由所述照明系統(tǒng)自動(dòng)提供。結(jié)合所述涂料，整個(gè)系統(tǒng)將需要更低的電功率，因?yàn)槠渲恍枰a(bǔ)足無法從陽光中得到的涂料的“電量”。由所述涂料覆蓋的地面區(qū)域以及所需的涂料值將被減小到最低限度。在條帶狀或點(diǎn)狀圖案的實(shí)際實(shí)施中，將使用一薄的掩模板以使得涂料只能附著到所需的地方并阻止其到達(dá)條帶之間的空白區(qū)域。

在所提出的系統(tǒng)中是一種用于提取電磁場中外部變化從而提供能量(例如可從移動(dòng)車輛的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn))的裝置。該能量可用于遠(yuǎn)程激活所述系統(tǒng)中的輔助光源。可以打開這些光源以提供與主道路方向正交的方向上的照明。這可用于例如，多車碰撞情況下的警示燈。所提取的外部電磁場能量也可用于向所述系統(tǒng)內(nèi)的充電電容器或電池提供能量。

所述系統(tǒng)還可提供用于檢測所述外部或地面溫度。設(shè)置例如是熱敏電阻的有源溫度傳感器來檢測該溫度。當(dāng)所述溫度低于冰點(diǎn)時(shí)，電子檢測器電路激活電子控制器，從而使得所述照明光束(LED)間歇閃爍。該特性被用作所述道路上的結(jié)冰警告。

本發(fā)明所描述的是地面照明方面，并且，像“上”、“下”“頂”以及“底”等詞用作頭腦中的正常方向。根據(jù)本發(fā)明所給出的設(shè)備的任何實(shí)施方式中，可以預(yù)期的是，從所述設(shè)備的設(shè)計(jì)中可以明確所預(yù)期的地平面的位置以及其使用的方向(即，所述光出現(xiàn)在地面之上)。顯而易見的是，本發(fā)明的設(shè)備也可在其它方向使用，以沿墻壁或天花板提供應(yīng)急照明或照亮告示或廣告。這些用途旨在落入本發(fā)明的范圍之內(nèi)，盡管在安裝之前，這些設(shè)備在制造、運(yùn)輸或存放過程中具有不同的取向。

附圖說明

圖1根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，示出了道路路釘?shù)膫?cè)視截面圖；

圖2示出了由圖1中的路釘?shù)墓鈱W(xué)部件所反射和折射的典型光線的放大橫截面視圖；

圖3示出了圖1中的路釘?shù)钠矫鎴D以及典型光線圖；

圖4根據(jù)本發(fā)明的第二種實(shí)施方式，示出了道路路釘?shù)臋M截面?zhèn)纫晥D；

圖5示出了圖4中的路釘?shù)钠矫鎴D以及典型光線圖；

圖6示出了圖3所示的道路路釘?shù)淖凅w的平面以及典型光線圖，其提供了四個(gè)方向的照明；

圖7示出了由本發(fā)明的第三種實(shí)施方式中的道路路釘內(nèi)光學(xué)部件所反射和折射的光線的放大橫截面視圖；

圖8示出了具有在地面上的發(fā)光涂料帶的遞增模式的道路路釘?shù)某錾渫哥R的平面圖；

圖9示出了的典型照明水平和密度相對(duì)于距離出射透鏡的距離的視圖；

圖9a示出了具有郎伯散射函數(shù)的照射面上的典型的角強(qiáng)度分布圖；

圖9b示出了具有不對(duì)稱散射函數(shù)的照射面上的典型的角強(qiáng)度分布圖；

圖10根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的道路路釘?shù)臋M截面視圖，其中，其包含有感應(yīng)線圈和鐵氧體磁芯；

圖11根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式示出了道路路釘?shù)臋M截面視圖，其中，其適用于監(jiān)測道路上的光照水平或是道路上的發(fā)光涂料；

圖12示出了圖11中的道路路釘?shù)钠矫鎴D；

圖13示出了LED照度傳感和控制電子的示意圖；

圖14示出了響應(yīng)所反射的照度控制所述系統(tǒng)的步驟示意圖；

圖15示出了本發(fā)明采用菲涅爾棱鏡陣列的另一實(shí)施方式的俯視圖；

圖16示出了通過圖15中道路路釘?shù)拇怪苯孛鎴D；

圖17A示出了圖15中的道路路釘下面的橫截面圖；

圖17B示出了插入在圖15A中的道路路釘?shù)姆颇鶢栮嚵械钠矫鎴D；

圖18為與圖16相類似的截面圖，其根據(jù)本發(fā)明示出了道路路釘?shù)牧硪豢商鎿Q實(shí)施方式，其具有朝向棱錐塊的成角度設(shè)置的LED；

圖19示出了圖18中的道路路釘下面的橫截面圖；

圖20為與圖16相類似的截面圖，其示出了可在八個(gè)方向產(chǎn)生光束的變體道路路釘；

圖21示出了圖20中的道路路釘下面的橫截面圖；

圖22為豎直平面上的部分橫截面圖，示出了本發(fā)明的道路路釘?shù)牧硪环N可替代實(shí)施方式，其具有朝向棱錐塊的豎直放置的LED；

圖23示出了圖22中的棱錐塊上部的平面圖；

圖24-圖26示出了科丁頓理論在本發(fā)明的光學(xué)部件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

圖1示出了例如可用于照亮馬路或道路的地面照明系統(tǒng)1的側(cè)視截面圖。為清楚起見，僅對(duì)在一個(gè)方向上照明的關(guān)鍵方面進(jìn)行詳細(xì)描述。但是，該結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的并可提供如圖中可見的左側(cè)和右側(cè)的雙向照明。包括低折射率材料的頂塊2包括彎曲上表面3。所述頂部光學(xué)塊2的折射率為1.5或更低。所述頂塊2包含環(huán)形折射面4以及用于容納太陽能電池5的凹陷。所述上表面3提供光學(xué)增益并有助于太陽能電池5收集陽光能量。所述頂塊2具有彎曲的下表面6以及凸緣7，所述凸緣7位于如構(gòu)造線8所示的地平面。

所述太陽能電池5用于向電子器件以及光源提供電力。所述頂塊2的下表面6與高折射率光學(xué)塊9光學(xué)接觸。所述光學(xué)塊9的頂表面的形狀與所述頂塊2的下表面6的形狀相適配。所述光學(xué)塊9的折射率為1.585或更高。在實(shí)踐中，塊2和9光學(xué)接觸，即，它們通過光學(xué)粘合劑粘合在一起。所述光學(xué)粘合劑具有與光學(xué)塊2的折射率相似的折射率。所述粘合劑層的厚度通常小于100微米。光學(xué)塊9包括一反射面10。所述反射面10的兩個(gè)小面優(yōu)選為雙錐形，具有在一方位上的約600mm的頂點(diǎn)凸半徑以在另一方位上的無窮半徑。所述表面10的“V”形的角度為約72度。這指的是所述小面表面上的平均切角。

印刷電路板(PCB)11容納有LED光源12。中空、反射式準(zhǔn)直器(優(yōu)選復(fù)合拋物面集中器)13引導(dǎo)光線例如，直射光線14以及反射光線15朝向所述反射面10。在所述光線離開所述準(zhǔn)直器13的頂面之后，其發(fā)散小于6度左右。靠近所述反射面10的切面上方的空間為空氣，從而使得所述反射以全內(nèi)反射(TIR)發(fā)生。入射到表面10上并通過其反射的光線14和15在穿過界面6(高、低折射率區(qū)域之間的分界線)時(shí)在預(yù)設(shè)方向上被進(jìn)一步折射。界面6優(yōu)選以約400mm的半徑以及-15的圓錐系數(shù)彎曲。所述光線以接近于能導(dǎo)致全內(nèi)反射的角度入射到界面6上，這限制了折射光束的發(fā)散。一些光線幾乎水平折射，而一些光線以更大的角度折射。有用光線的最大上升角由環(huán)形透鏡4的最上部邊緣限定至小于15°的淺角度。優(yōu)選的，所述光束的中心光線與水平面之間的角度為5°到7°。

由所述環(huán)形表面4折射后，所述光線16以傾斜的角度被引導(dǎo)出現(xiàn)在地面上，例如，道路表面。所述光束以由所述環(huán)形透鏡4在地平面以上的高度以及該光束打算照亮的地面區(qū)域的距離所確定的一個(gè)淺角度下降。該角度(以所述光束的中心光線測量)通常小于5°，且為照明僅一米的距離，所需的該角度不超過1°。為實(shí)現(xiàn)所述道路上所需照明的長度以及勒克斯級(jí)(以便于用肉眼可容易地看見)，所述表面4在垂直面的半徑約為40mm和110mm。

圖2示出了所述光線路徑以及出射光線16的放大圖。

圖3示出了所述地面照明器的平面圖，其中，為清楚起見，只示出了某些部件。所述反射準(zhǔn)直器13以虛線圓被示出。所述準(zhǔn)直器13的出射直徑通常為25mm。應(yīng)當(dāng)注意的是，在一方向上，所述反射面10具有比準(zhǔn)直器13的直徑更大的長度。盡管所述光學(xué)部件所產(chǎn)生的是雙向光線，但只示出了光線16，其在由透鏡4折射后移動(dòng)到右邊并射出所述單元。

相對(duì)于理論計(jì)算以及之前討論的假設(shè)，所述光束中入射在界面6上的實(shí)際光線的發(fā)散超過幾度且沿著所述表面延伸超過1mm。入射到所述環(huán)形透鏡4上的光線相應(yīng)地有少量發(fā)散，換言之，沒有精確準(zhǔn)直。在光學(xué)設(shè)計(jì)中使用優(yōu)化算法以形成長度超過一米左右且照明的寬度與例如，道路車道標(biāo)記的寬度相近似的良好定義的光照分布。這類車道標(biāo)記通常以中折射率的反射熱塑性材料、油漆或自發(fā)光(陽光充電)油漆制成。

可利用透明膠或透明密封材料將所述太陽能電池5牢固地固定在其凹陷中。所述光學(xué)部件2的側(cè)壁17的深度可根據(jù)凹陷所述照明器的道路的類型來預(yù)先確定。所述光學(xué)塊2可在所述凸緣7處或低于其水平線處被均等地被構(gòu)造成兩個(gè)部分，從而使得，例如，所述光學(xué)透明部分可由至少部分地以其光學(xué)性質(zhì)所選擇的材料制成，而剩余部分可由以其機(jī)械性質(zhì)所選擇的不同材料制成。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的裝置，該地面照明裝置的優(yōu)勢在于：可提供具有機(jī)械魯棒性的設(shè)備，同時(shí)，在地面以下的大立體角收集的光被有效地引導(dǎo)至所需的接收平面。另一有益效果在于：損壞，如光學(xué)部件2的最高面上的劃痕不會(huì)明顯影響提供到馬路或道路上的光照。所述透鏡4的出射表面本身是凹陷的，且由其兩側(cè)的錐形斜面18所保護(hù)。所提出的裝置的優(yōu)勢在于：大部分關(guān)鍵部件位于所述地平面上或其下方，且最終折射面、曲面透鏡4的高度較小且在尺寸上通常與所述準(zhǔn)直器13的出射面的半徑尺寸相類似。其它電子器件以及功能被設(shè)置在所述電子PCB11上，圖中沒有具體示出但在后續(xù)說明中將進(jìn)行詳細(xì)描述。

圖4示出了緊湊地面照明系統(tǒng)的另一可替代方案中的橫截面?zhèn)纫晥D。在該實(shí)施方式中，采用LED光源20的陣列且在相應(yīng)的透鏡陣列21中的透鏡準(zhǔn)直并引導(dǎo)每一LED的光線到所述光學(xué)塊9中。同樣，盡管所述系統(tǒng)是對(duì)稱的且能產(chǎn)生雙向照明，但為清楚起見僅示出了右邊光線。(所述系統(tǒng)是對(duì)稱的且產(chǎn)生兩個(gè)彼此方向相反的光照并不是必須的。)入射到界面6上的光線路徑類似于圖1所示的路徑且在各種實(shí)施方式中進(jìn)行了描述。所述陣列被設(shè)置成如圖所示的淺V形22。所述LED軸以及每一相應(yīng)透鏡的軸線是共線的。所述左邊和右邊透鏡陣列21可以是分開的，從而可分成兩件來制造或者它們可成型為同一件。所述透鏡陣列21的光學(xué)材料可以是光學(xué)級(jí)塑料。所述透鏡陣列21被結(jié)合到所述光學(xué)塊9的下表面并光學(xué)接觸。所述透鏡陣列21被設(shè)置成用于引導(dǎo)塊2和9中的光線沿著與圖1中所示光線非常相似的路徑。

相對(duì)于圖1中單個(gè)的LED，圖4中的多個(gè)LED優(yōu)選是不同類型的，并將具有更窄角度輸出特性。所述陣列20中的每一LED具有比圖1中的LED12更低的流明功率，但是，該多個(gè)LED20是經(jīng)過選擇的，以使所有LED20的總流明功率與圖1所示的單個(gè)LED的流明功率相接近。盡管示出了三倍LED以及透鏡陣列，但也可采用其它數(shù)量的LED20(取決于它們的輸出特性)和相應(yīng)透鏡21，包括每一“陣列”中可能僅含有單個(gè)LED。該裝置是有益的，因?yàn)?，盡管所述透鏡表面4的孔徑限制了垂直面中的光線束，但對(duì)水平方向上的透鏡尺寸沒有根本性限制。換言之，所述透鏡表面4的水平寬度比其垂直高度寬。這對(duì)應(yīng)于擴(kuò)展LED以及透鏡陣列20和21的輸入側(cè)。圖5示出了所述裝置的俯視圖。

應(yīng)當(dāng)注意的是，對(duì)于前面的兩種實(shí)施方式，在垂直面入射到所述透鏡4上的光線的發(fā)散必須在一定的限度內(nèi)。在該垂直面的發(fā)散的發(fā)生必須在幾度左右。首先，這使得光線被恰當(dāng)?shù)匾孕〗嵌仍谒鼋缑?被折射，且該受限的發(fā)散也可使得光線通過所述透鏡4的垂直孔而無明顯的光損失。在水平面，更大的發(fā)散是可允許的，且可以通過在所述水平面上聚焦出射光線來使得它們以被良好劃定的方式被引導(dǎo)到所述道路上來調(diào)節(jié)所述透鏡表面4的水平半徑以補(bǔ)償任何其它發(fā)散。圖4所示的裝置的有利點(diǎn)是塊2和6以及所述太陽能電池5接合粘合劑的輔助以形成事實(shí)上一單一魯棒性固體材料塊。圖4和5中所示的照明器裝置還具有深度較淺的優(yōu)勢，從而減少在馬路或道路上形成深洞的需求。

在前面的兩個(gè)實(shí)施方式中，所述照明光線是以雙向描述的，即，光線在圖中所示的左邊或右邊行進(jìn)。應(yīng)當(dāng)注意的是，采用其它LED光源或是結(jié)合圖1和圖4中的實(shí)施方式，也可照亮其它方向。因此，例如，可沿四個(gè)方向照亮。圖6中示出了該實(shí)施方式的平面圖。為清楚起見，此處僅示出了這四個(gè)方向中的兩個(gè)方向上的光線。出于同樣的原因，所述LED陣列也未完全示出。注意，后文中，所述頂部和底部照明方向?qū)⒈环Q為正交方向。在圖6中，所示的所述透鏡陣列18頂部和底部是完全分離的，從而它們不會(huì)占據(jù)反射光學(xué)部件10的空間。與該分離有關(guān)的是，可對(duì)入射到表面6上的總角度以及用于所述光線路徑在圖6中向上或向下移動(dòng)的表面6的頂部和底部的局部形式進(jìn)行一些小的調(diào)整。用于所述正交照明方向的LED20不需要所有時(shí)間內(nèi)都開啟，但是可在環(huán)境影響例如，溫度或濕度或強(qiáng)振動(dòng)下產(chǎn)生的高于預(yù)先設(shè)定水平下觸發(fā)傳感器時(shí)打開。此類強(qiáng)振動(dòng)可由例如多個(gè)車輛碰撞所觸發(fā)。如在后面的實(shí)施方式中將詳細(xì)描述的，用于所述正交方向照明的LED還有利的是，可由所接收到的電磁場中的外部變化信號(hào)遠(yuǎn)程打開，所述電磁場能誘導(dǎo)包含在所述照明外殼內(nèi)的感應(yīng)線圈產(chǎn)生電荷。

圖7示出了另一實(shí)施方式的橫截面剖視圖，其中，所述光學(xué)塊9的邊緣25的一部分是傾斜的并涂覆有反射涂層，從而使得在表面6上全內(nèi)反射的任何光線被反射到太陽能電池5上。如圖7所示，在從所述邊緣25反射后，所述光線將從所述塊2的上表面被進(jìn)一步全內(nèi)反射到所述太陽能電池5上。所述邊緣25上的反射部位于所述透鏡4的下方卻具有與所述透鏡大致相同的寬度。該設(shè)置有利于背反射，否則將由于來自LED光源的雜散光線而導(dǎo)致光損失并提高太陽能電池5所收集的能量。所述表面25上的反射涂層也可以是局部涂層，或完全省略，這將允許在其后方設(shè)置一光學(xué)傳感器(未示出)，從而來自于所述LED的照度可被連續(xù)監(jiān)控。來自于該光傳感器的信號(hào)可用于調(diào)節(jié)被提供到所述LED的電流，從而使得從所述LED的光線輸出被保持在一個(gè)恒定的水平。

圖8示出了所述地面照明器的出射透鏡表面4以及沿從所述透鏡表面4射出的光線方向設(shè)置在道路上的涂料或發(fā)光材料的圖形的平面圖。使用所述地面發(fā)光器照亮此類圖形或甚至是反射或發(fā)光涂料固體塊的優(yōu)勢在于：散射、發(fā)射以及反射照度增加，從而給觀察者提供更加清晰的被照射的圖案。此外，所述地面照明器還具有高級(jí)路燈的優(yōu)勢，因?yàn)槠浞浅？拷龅缆窂亩芨行У卣樟痢Ｔ诒旧暾?qǐng)的地面照明器中，提供給所述LED的電子電源可有利地降低及/或可采用一更小的太陽能電池、電池組或較低值的電容器。

如圖8所示的，地面上的所需圖案可方便地從例如是點(diǎn)或條帶26的重復(fù)單元中建立起來。此類點(diǎn)或條帶的密度(即，它們覆蓋所述地面的比例)可隨著與所述照明器間的距離而發(fā)生變化以在考慮到所述光束衰減或分散后提供一均勻的現(xiàn)象。在圖8中，所述條帶26以不同的寬度被示出。然而，如果所述條帶(或其它重復(fù)單元)都是相同形狀或?qū)挾?，則它們的密度可方便地通過隨著與所述照明器之間的距離而變化所述單元的間距來改變。

圖9以實(shí)線27示出了照度(勒克斯)與到地面照明器之間的距離間的典型視圖。隨著所述光束傳播(如果不是完全準(zhǔn)直的)以及隨著光被空氣中的顆粒散射，所述照度水平隨著距離的增大而減小。圖中的虛線28表示當(dāng)根據(jù)上面的實(shí)施方式照亮?xí)r提供橫跨被照亮的條帶圖案的整個(gè)長度上的均勻的照度(被觀察者觀察到均勻的勒克斯)的所述均勻尺寸的點(diǎn)或條帶的頻率。所述點(diǎn)的頻率可被設(shè)置成用于投射到發(fā)光材料的表面的光線的傾斜度的其它補(bǔ)償。

圖9a示出了從一朗伯表面，即，在所有方向均勻散射的散射/反射模式。圖9b示出定向擴(kuò)散體的定向散射/反射模式?？扇〉氖?，所述地面上的圖案優(yōu)選從某一方向29，例如從接近者如車輛司機(jī)的方向被均勻地感知。由于所提供的地面照明器產(chǎn)生朝向迎面而來的行者的傾斜光束，由該光束照亮的涂料的可見度在該方向被有利地增加。其也有利于減小所述涂料的電荷要求或是在所述涂料混合物中的活性發(fā)光成分的密度。

在雙向照明器的第二照明帶，即，光與所述行者在相同的方向上行進(jìn)的地方，所述涂料中可包含玻璃球，且這些將所述光線基本反射回去朝向行者?；蛘撸龅缆窐?biāo)記預(yù)先形成或原位成型以形成具有任何所需反射或散射表面的表面紋理，或許根據(jù)菲涅爾(Fresnel)原理設(shè)計(jì)。

圖10示出了旨在用作道路路釘?shù)牡孛嬲丈淦鞯牧硪粚?shí)施方式的橫截面圖。感應(yīng)線圈30纏繞在所述塊2的壁17的內(nèi)部?？稍谟伤鼍€圈30形成的圓柱體內(nèi)使用另一部件，如鐵氧體圓柱。所述線圈通常具有100匝絕緣線。所述PCB11容納所述光源、溫度傳感器32以及其它電子部件以從所述線圈30中由所通過的機(jī)動(dòng)車輛的電磁場變化所誘導(dǎo)產(chǎn)生的電流中收集能量并將該能量儲(chǔ)存在例如，電容器或電池中，以供系統(tǒng)后續(xù)使用。在所述線圈中流動(dòng)的電流取決于所述線圈中隨著所述車輛的通過而產(chǎn)生的磁場變化。該變化可能由車輛本身的磁場(其已被測量為在1m的距離為約10μΤ)引起或由車輛通過時(shí)的背景磁場的干擾引起。后者的影響可以通過提供一恰當(dāng)設(shè)置的永磁鐵以人為加強(qiáng)所述背景場來增強(qiáng)?？商娲到y(tǒng)可用于從通過的車輛中收集能量，例如，壓電發(fā)電機(jī)，或是用于從環(huán)境中收集能量，例如，利用地面和空氣溫度間的差異。

圖11和12示出了另一實(shí)施方式的橫截面?zhèn)纫晥D以及平面圖，該實(shí)施方式適用于監(jiān)控從道路或從道路35上的發(fā)光涂料反射回的照度。結(jié)合上文所描述的如圖1所示的光學(xué)系統(tǒng)，脈沖LED光源12的照度被用于照亮附近的道路或是附近道路35上的發(fā)光涂料。從所述道路或發(fā)光涂料35被反射回的該脈沖光的光線36被引導(dǎo)返回通過所述光學(xué)系統(tǒng)并通過透鏡38被聚焦到傳感器40上。在圖12所示的平面圖中，光線36穿過所述光學(xué)部件的一部分位于如圖1等所示的透射光線外圍，換言之，所述光線36位于所述準(zhǔn)直器13(以虛線示出)的外側(cè)。所述透鏡38聚集此類外圍光線的所有線束并將它們引導(dǎo)到所述傳感器40上。通過由聚焦透鏡42將來自于所述LED12的一小部分光線聚焦到傳感器44上可測量由所述LED12直接發(fā)射的照度。用于測量所述LED的直接光線的透鏡42和傳感器44同樣可設(shè)于其它位置，例如，如圖7所示的實(shí)施方式中的光學(xué)部件9的邊緣25的部分反射鏡后面的空間，盡管將由此需要長的引線以將所述傳感器連接到PCB11上。

圖13示意性地示出了所述照明系統(tǒng)的控制電路。所述太陽能電池5和所述電磁線圈30向可充電電池70提供電力，所述可充電電池70反過來又給所述控制電路的其它部分以及所述LED提供電力?；蛘撸鎏柲茈姵?和所述電磁線圈30可直接給所述電路供電。所述電池70的電壓電平由切換電路72監(jiān)控，其可控制所述電池70的充電和放電，以及所述電路的電源供應(yīng)。特別地，所述電路72將斷開電池70的電源，如果電壓降的太低的話。

可設(shè)置一開/關(guān)總開關(guān)73，其受控于簧片開關(guān)75。在制造之后，可關(guān)掉所述電路以防止所述光束在使用前在通常的存放所述道路路釘?shù)暮诎禇l件下運(yùn)行。當(dāng)準(zhǔn)備將所述道路路釘安裝到道路上時(shí)，可在所述外殼的外側(cè)采用一磁鐵以控制所述簧片開關(guān)75并打開所述總開關(guān)73?？墒褂闷渌h(yuǎn)程操控所述總開關(guān)73的方式，包括：在安裝所述道路路釘后，允許打開和關(guān)閉所述電路的操作。

提供給所述電路的電源理想地用作恒流源74，其向主LED12以及一個(gè)或多個(gè)可選輔LED76供電。所述輔LED76可在檢測到所述主LED12發(fā)生故障時(shí)提供備份和/或它們可發(fā)射不同波長的光，例如，紅外線用來進(jìn)行下文中所描述的霧檢測。僅以示意性的方式示出了用于控制所述LED12,76運(yùn)行的邏輯電路78。所述LED12,76的(平均)亮度的優(yōu)選控制方法不是連續(xù)操作它們而是以一可變的占空比來打開和關(guān)閉它們。因此，所述電流源的輸出由可變占空多諧振蕩器80控制以按所需的占空比高頻通斷電流以給所述LED供電。

所述多諧振蕩器80可響應(yīng)于影響所述LED12,76的通斷的各種輸入。例如，第一比較器82對(duì)比來自道路標(biāo)記的背反射光與所述主LED12的已知輸出。所述第一比較器82的輸出通過一積分器產(chǎn)生一信號(hào)，該信號(hào)可代表需要增強(qiáng)所述LED12的亮度以給所述道路標(biāo)記的發(fā)光涂料充電，如下文中涉及圖14的說明。所述積分器平均一段時(shí)間，如15分鐘內(nèi)的信號(hào)以使得所述系統(tǒng)不對(duì)短時(shí)間內(nèi)變化的照明如，車輛車前燈做出反應(yīng)。類似的比較器(未示出)可比較從所述主LED直接接收到的光強(qiáng)度與作為反饋回路一部分的參考信號(hào)，以補(bǔ)償所述LED輸出的任何固有調(diào)光。

另一比較器84對(duì)比來自于所述主LED的背反射白光和來自于輔紅外LED76的背反射紅外光，以確定附近霧的存在，如下文中將詳細(xì)描述的。如果檢測到霧，則增加所述主LED12的亮度和/或其可能向駕駛員以警告模式閃爍。熱控開關(guān)32，如熱敏電阻可檢測結(jié)冰條件并向所述多諧振蕩器提供一信號(hào)，從而使得所述主LED12再次以特定的模式閃爍以向道路使用者警告可能有冰的存在。最后，示出了第二電磁線圈86，其具有它自己的控制電路88。通過的車輛將誘導(dǎo)所述線圈86中可被所述控制電路88檢測到的電磁脈沖，所述控制電路88反過來又給所述多諧振蕩器80發(fā)送一代表所述車輛存在的信號(hào)。通過該方式，在較少使用的道路上，可通過只在車輛通過時(shí)打開所述LED12來節(jié)省電量。給所述多諧振蕩器80的這些輸入基本上是彼此獨(dú)立的，因此，顯而易見的是，可在本發(fā)明的范圍內(nèi)結(jié)合使用它們中的任何子集。

在圖13中，分別示出了用于檢測通過的車輛的磁場的第二電磁線圈86以及從通過的機(jī)動(dòng)車輛的電磁場產(chǎn)生電力的第一電磁線圈30。顯然，采用合適的電子器件，一個(gè)共享線圈可用于同時(shí)完成這兩項(xiàng)工作?；蛘?，如果發(fā)現(xiàn)不能有效地從通過的車輛中產(chǎn)生電力，則可省略所述第一線圈30但仍保留所述第二線圈86。實(shí)驗(yàn)顯示，汽車以約50km/h通過距檢測器1m的距離將在約3秒的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生約3000nT的局部磁場強(qiáng)度變化，其能很方便地被檢測到。所述第二電磁線圈86也可被設(shè)置成接收來自特別改裝的車輛的脈沖信號(hào)(例如，射頻信號(hào))以便于編程或改變所述設(shè)備的操作模式。例如，交通主管部門可打開沿著一段道路的所有設(shè)備以警告前方的車輛事故或其它危險(xiǎn)。

如已提及的，所述比較器84對(duì)比由所述主LED12發(fā)射以及由所述道路標(biāo)記所反射的白光與輔LED76發(fā)射以及由所述道路標(biāo)記反射的紅外光。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在通過霧時(shí)，較短波長的光被更強(qiáng)烈地衰減，因此，可見光比近紅外光更強(qiáng)烈地衰減。通過監(jiān)測所述背反射的紅外光與白光(或與一些特定波長的可見光)的比，比率的變化將代表霧的存在，其可用作觸發(fā)器來提高所述主LED12的亮度和/或向道路使用者在警告模式下閃爍所述主LED12。替代使用專門的紅外LED76，還可利用濾波器來進(jìn)行相同的比較以檢測由所述白LED發(fā)出的兩種不同波長的光強(qiáng)度的比例，例如，450nm的藍(lán)光和660nm的紅光，但同時(shí)應(yīng)當(dāng)注意的是，這兩種波長越接近，它們之間的衰減差值越小?？稍谒雎访婊蚴锹愤呍O(shè)置一用于霧檢測的專門反射器來替代依賴來自于所述道路標(biāo)記的背反射(如果使用發(fā)光涂料的話，可能會(huì)引入復(fù)雜的因素)。或者，在所述照明設(shè)備以一條線沿道路設(shè)置的常見情況下，由其中一個(gè)設(shè)備所發(fā)出的光的波長可由序列中下一設(shè)備檢測到，以表示它們之間存在霧。

圖13所示的控制電子器件利用如圖14所示的過程將所述標(biāo)記的照明保持在恒定的照度。在步驟54對(duì)比由所述傳感器50確定的背反射照度與預(yù)先確定的照度。如果其低于所述預(yù)先確定照度，則所述電子系統(tǒng)調(diào)整增益(步驟56)，方式是：調(diào)整LED12的照度為維持一恒定的背反射照度(步驟58)；或者臨時(shí)增加(一段時(shí)間內(nèi)的)LED12中流動(dòng)的電流(步驟60)從而臨時(shí)提高入射到所述涂料上的光并由此給地面上附近的自發(fā)光涂料35的所述區(qū)域充電。代替變化所述電流來變化由所述LED發(fā)射的照度，可在單一電流電平但具有不同的占空比的脈沖下操作來改變?nèi)缟辖Y(jié)合圖13所述的發(fā)射的光的平均強(qiáng)度。如果所發(fā)射的光對(duì)于觀察者直接可見，則通常脈沖頻率應(yīng)足夠高到不被察覺(這并不與同時(shí)在低頻率下同時(shí)所述LED以作為霧或結(jié)冰的警告相矛盾)。

由于所述12被脈沖，圖13所示的控制電路可包括位于所述光傳感器50輸出上的濾波器52，其可被調(diào)諧到所述脈沖頻率附近的通帶，從而只能測量來自于所述LED12背反射光。該設(shè)置確保了所述LED光不會(huì)響應(yīng)于環(huán)境照度或是道路上車燈的變化而發(fā)生變化。此外，或可替代地，所述環(huán)境照度可通過測量所述LED脈沖之間或通過利用在所述傳感器50的輸出上的第二低通濾波器或通過測量所述太陽能電池的輸出來說明。傳感器50僅測量背反射光。該傳感器被設(shè)置在完全屏蔽所述LED12的直接光線的隔間內(nèi)。所述電子系統(tǒng)內(nèi)包含各種預(yù)先設(shè)定的電子控制水平作為安全措施，從而所述LED12光線不發(fā)生劇烈或頻繁變化。所述LED12脈沖的標(biāo)記占空比至少為50:50，且優(yōu)選80:20，即80％打開且20％關(guān)閉。

應(yīng)當(dāng)注意的是，該設(shè)置可用于利用如圖11所示的采用1個(gè)LED的結(jié)構(gòu)(基本上其是與圖1相類似的結(jié)構(gòu))來監(jiān)控所述涂料標(biāo)記在一個(gè)方向上的背反射。在這種情況下，該方向?qū)⑹瞧浔O(jiān)控的可被正在靠近的行者，例如，車輛的駕駛員看見的標(biāo)記的最重要的方向。當(dāng)需要監(jiān)控兩個(gè)方向時(shí)，可接合圖4所示的實(shí)施方式采用相應(yīng)的監(jiān)控結(jié)構(gòu)。在此處，所述道路標(biāo)記或涂料的背反射光以與如圖4所示的光線16相反的方向行進(jìn)，但傳感器只能檢測到偏移到所述LED陣列20的兩側(cè)的光線。換言之，在圖5的平面圖中，所述傳感器設(shè)置在每一陣列的端部的旁邊，即，所述頂LED的上方以及所述LED的下方(每側(cè)重復(fù)，左邊和右邊)。在該設(shè)置中，左側(cè)或右側(cè)上的道路標(biāo)記或涂料的背反射光可獨(dú)立監(jiān)控并用于控制相應(yīng)的LED陣列照度。

所述控制電路可包含接收裝置(未示出)以允許其從中央控制器中遠(yuǎn)程尋址，例如，以在發(fā)生事故、交通堵塞或是霧的情況下激活所述系統(tǒng)作為警告。其還可包含傳送裝置(未示出)，以發(fā)生信號(hào)發(fā)回至所述中央控制器，例如，報(bào)告局部溫度、照度、交通變動(dòng)或故障情況。所述控制電路可包括根據(jù)環(huán)境條件自動(dòng)啟動(dòng)的功能。例如，溫度傳感器32，其可以是一熱敏電阻，能檢測外部或地面溫度。當(dāng)所述溫度低于冰點(diǎn)時(shí)，可使所述主照明光束或輔LED間歇閃爍作為道路結(jié)冰的警告。

可選擇所述LED的顏色和亮度以適應(yīng)所需的應(yīng)用。如果LED是通過反射來照亮所述地面，則所述顏色應(yīng)該是白色，或是希望觀察者能看見的任何顏色。如果所述系統(tǒng)的主要目的是給發(fā)光標(biāo)記“充電”，則應(yīng)當(dāng)選擇能以光波長強(qiáng)烈發(fā)光的LED，該光波長的能被發(fā)光材料強(qiáng)烈吸收，且該發(fā)光材料不需要對(duì)人眼可見。

基本上結(jié)合圖1-圖3所示的相同的光學(xué)裝置可以激光光源來替代所述LED12。所述激光束可以擴(kuò)大到就像來自所述LED的準(zhǔn)直光束?；蛘撸黾す夤馐梢酝ㄟ^安裝在所述系統(tǒng)的主體上的光束調(diào)向裝置被傳送以在所述路面描繪出所需的圖案(在做出由于所述光學(xué)器件而造成圖案失真的適當(dāng)補(bǔ)償之后)。該設(shè)置將使得所述精密的光束調(diào)向裝置可得到所述頂塊2和光學(xué)塊9的魯棒性組件保護(hù)，同時(shí)將所述光束以一高的斜角引導(dǎo)到所述路面上。激光束是自然充分準(zhǔn)直的且其應(yīng)該有可能長距離投射，也行能在平滑、水平的直線路面投射超過10米。一排此類系統(tǒng)可以提供基本連續(xù)的光束或照亮實(shí)線。

可選地，可設(shè)置一傳感器，其可檢測附近的人或車輛，并在他們?cè)陬A(yù)設(shè)的范圍內(nèi)時(shí)打開所述照明。所述傳感器可以是一適用于檢測迎面而來的車輛前照燈的光傳感器，適用于檢測人或車輛移動(dòng)的移動(dòng)或振動(dòng)傳感器，或是檢測車輛發(fā)動(dòng)機(jī)聲音的噪聲傳感器。或是，環(huán)境照度傳感器，例如，太陽能電池5，其可以預(yù)設(shè)的照度打開所述照明，使得其在黑暗中連續(xù)發(fā)光。

圖15中示出了四路照明器的優(yōu)選實(shí)施方式的平面圖，且圖16示出了沿A-A’向的橫截面測試圖。圖17示出了該實(shí)施方式的仰視圖。

在圖15中，示出了四個(gè)透鏡4。所述下光學(xué)塊9的外形(以虛線)示出，為十字形。

在圖16和17A中，印刷電路板(PCB)97容納四個(gè)LED98。四個(gè)準(zhǔn)直器100將發(fā)散小于15度的準(zhǔn)直后的光線引導(dǎo)到反射陣列101的一個(gè)小面(facet)上。所述反射陣列101通過與所述底塊9的下表面水平抵靠的板103與所述底塊9相連?；蛘撸龇瓷潢嚵?01可通過接合在所述接觸邊緣或是與所述陣列的上邊緣一體成型的卡口銷(未示出)與所述底塊9相連。所述銷位于底塊9中的適合的孔洞中。從所述小面反射后，光被引導(dǎo)到菲涅爾棱鏡陣列102，從而使得光按所希望的方向傳送通過所述底塊9并折射到所述頂塊2中。最后，光線通過棱鏡4射出所述系統(tǒng)。由所述反射陣列101的一個(gè)小面所反射的光線的方向都在相同的方向，同是由反射圖1的實(shí)施方式中的反射面10的準(zhǔn)直光束所產(chǎn)生的光線的方向。

在該實(shí)施方式中，所述頂塊2與圖1基本類似，除了其包括圖16的橫截面圖中可見的插入件105。圖17B中示出了所述插入件105的平面圖。所述插入件105的下表面限定了所述頂塊2的下表面，并因此還提供了與底塊9的界面，以將光線折射成本發(fā)明的上升光束。所述插入件105的上表面被成型成第二菲涅爾棱鏡陣列，其結(jié)合到所述主頂塊2的互補(bǔ)形狀的表面。所述頂塊2的該復(fù)合結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于：可主要根據(jù)光學(xué)性質(zhì)來選擇所述插入件的材料(例如PMMA)，以限定所述界面處的折射，而所述主頂塊的材料(例如，聚碳酸酯)可主要根據(jù)其機(jī)械性能來選擇，盡管其也決定所述棱鏡4的折射。應(yīng)當(dāng)指出的是，本實(shí)施方式中的兩個(gè)菲涅爾棱鏡陣列以一種非常規(guī)的方式使用，由此，他們基本上不會(huì)改變通過它們的光束的方向，校準(zhǔn)每一陣列的小面，從而使得所述光束與它們大致垂直。菲涅爾陣列的目的是允許光束通過具有不同折射率的兩種介質(zhì)，而沒有明顯的折射且沒有明顯的雜散反射，從而得到比其它更為緊湊的結(jié)構(gòu)(例如，棱鏡塊具有在與所述菲涅爾陣列的小面相同方向上校準(zhǔn)的一個(gè)面)。這使得所述頂塊2的相對(duì)厚度在所述道路路釘?shù)恼麄€(gè)外殼中有所增加，其提供了良好的耐沖擊性，以保護(hù)所述太陽能電池5以及其它精密元件。

所述反射陣列101、底塊9以及PCB97組裝形成封閉的氣密空間。所述殼體17內(nèi)的該組件外面的體積，可永久地填充封裝化合物，以便防止水分進(jìn)入。通過以這種方式包封所述組件和電池組106，可最大限度地降低來自環(huán)境影響和水分導(dǎo)致的部件惡化。

如圖16所示，改實(shí)施方式的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，LED98全都位于平面PCB97上。然而，由于菲涅爾棱鏡陣列102的緊湊幾何形狀，另一優(yōu)點(diǎn)在于：所示菲涅爾棱鏡陣列102以及所述底部光學(xué)塊9可通過注塑成型或其他熱成型方式制成一體。

在圖18的橫截面圖以及其下方的平面圖19中，所述殼體的結(jié)構(gòu)與前面的實(shí)施方式不同。金屬環(huán)96形成一凸緣，該凸緣位于用于設(shè)置所述道路路釘?shù)目椎闹車牡孛嫔?。金屬蓋92蓋住所述頂(低折射率)塊2并具有用于安裝每一透鏡4的孔。利用螺栓(清楚起見未示出)將所述頂蓋92固定到所述環(huán)96上，并在被鎖定時(shí)，將所有的光學(xué)部件保持到位。外殼104固定在所述環(huán)96的下方以為所述電池106提供一防水外殼。

在該事實(shí)方式中，利用折射率相適配的透明粘合劑將由與所述底關(guān)學(xué)塊9相同材料制成的椎體塊110粘合到所述底部關(guān)學(xué)塊上。準(zhǔn)直器112被設(shè)置在靠近所述椎體塊110成角度的小面或與所述椎體塊10的成角度的小面光學(xué)接觸。再次，光學(xué)接觸是通過使用透明粘合劑得到的。內(nèi)殼體114容納PCB，所述PCB上固定有LED118。所述LED通過CPC準(zhǔn)直器120準(zhǔn)直，其引導(dǎo)所述光線通過所述椎體塊110并進(jìn)入所述底塊9，從而在界面6折射后，光線進(jìn)入到透鏡4中。所述透鏡4引導(dǎo)光線到所述路面上。相對(duì)于圖16，該事實(shí)方式的優(yōu)勢在于：緊湊的深度，從在其在金屬化道路的深度受限的情況下是有用的。其在集料的承雨線腳不深的情況下也是有用的，因?yàn)槠淠鼙苊夥e水。該結(jié)構(gòu)中僅需要一深度較淺的孔?？梢詼p少圖中所示的準(zhǔn)直器120和電池106之間的空氣間隔。

可以擴(kuò)展圖15-圖17的實(shí)施方式以允許更多數(shù)量的LED98進(jìn)行照明。圖20和21示出了具有8個(gè)LED的實(shí)施方式。在這種情況下，所述底部和頂部光學(xué)塊9,2在平面圖中是圓形的。通過依次打開所述LED98，可以360度的角度照亮水平條帶狀的路面。再這種情況下，所述透鏡被形成為環(huán)繞所述頂塊2的邊緣的連續(xù)表面122。該邊緣透鏡122主要在垂直平面中引導(dǎo)和調(diào)節(jié)所述光線。在水平平面(平行于路面)上的其它調(diào)節(jié)可以通過在所述反射小面101的水平平面上結(jié)合光功率來實(shí)現(xiàn)。這通常是幾百毫米的圓柱形小面半徑(水平平面)?；蛘?，所述頂塊2的邊緣122可以包含在垂直和水平平面中具有折射力的透鏡陣列。在這種情況下，所述反射陣列101的小面將是平面。

圖22和23示出了用于將來自LED98的光線引導(dǎo)到底塊9中的光學(xué)部件的另一實(shí)施方式。棱錐塊124是單片式的，以便于可注塑成型為一整體。其與所述下光學(xué)塊9分離，但由相同的材料制成。其以具有相同折射率的粘合劑結(jié)合到下光學(xué)塊9上。該結(jié)合能有效地使得所述棱錐塊124、準(zhǔn)直器塊100以及所述下光學(xué)塊9形成一個(gè)整體。所述棱錐塊124的頂部通過在其成角度的小面全內(nèi)反射將光線引導(dǎo)到下光學(xué)塊9中。在折射到頂塊2中之后，所述光線入射到如前所述的透鏡(圖22中未示出)上。優(yōu)點(diǎn)在于：所述反射小面由T..I.R操作，從而無需表面金屬化，并且所述LED全在一平坦的PCB上。