CN106817897A - 地面照明系统 - Google Patents

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Abstract

诸如道路路钉的地面照明系统包括：设置在地平面(8)下方的光源(12)。光学块(9)和顶块(2)将光从光源(12)传输到外部，所述光线以浅角度上升作为顶块(2)中的准直光束以在地平面(8)上方的窗口(4)射出。所述窗口(4)被成形为：将光折射到相对于所述地平面(8)以浅角度下降的光束(16)中。所述出射光线(16)可用于照亮由可被所述照明系统再充电的发光涂料形成的道路标记(26)。反馈结构(82)可用于测量反射照度，以保持所述涂料中的最佳“电荷”。所述系统的另一元件(84)还可以比较不同波长的反射光的强度，以检测雾的存在。

Description

地面照明系统
技术领域
本发明涉及一种紧凑且坚固的地面照明系统，例如，道路路钉，其可给一基本水平的接收平面提供良好清晰的照明。控制照明光线在垂直方向上的发散从而使得光入射到地面上的预先设定的区域内。当在夜间或是弱光条件下的道路上使用所述系统时，其可给在道路上的用户提供额外的安全性。因此，所述系统可以有利地被道路上的行人、骑车的人、车辆尤其是公路车辆使用。所述系统还可用于照亮飞机跑道。
背景技术
当局主管部门、规划者以及设计者关注的是提供一种更安全的交通系统，其目标是能避免道路使用者受伤和死亡。
例如，人们非常关注减少道路上发生交通事故的数量。立法者不断致力于提高车辆的安全性，并且趋势是重点关注道路安全，包括标志、布局以及照明。
此外，程序上倾向于可持续性和成本意识。在道路、高速路和机场跑道，或是人行道上提供安全的经济有效的方式是提供照明。
特别地，大多数车辆多年来提供有它们自己的照明，如那些被称为“猫眼(cats-eyes)”的反光镜，其可提供便于显示照明路径的具有成本效益、有效且简单的装置。这些提供了安装在道路上并用来反射来自于车辆车前照灯的入射光的无源反射器。(猫眼(CATSEYE)是公认的注册商标)。
然而，即便有这样的反射器，但有时道路对于司机来说还是有危险的，尤其是在急转弯或弯道的地方，且它们只能提供有限的照度。
另一不足之处在于，传统的“猫眼”道路路钉只有在车辆车前灯的入射光被反射到驾驶员时才起作用，且为了发生这种情况，所述车辆需要相对地靠近所述“猫眼”道路路钉，以使得从车辆前照灯到所述“猫眼”道路路钉以及从所述“猫眼”道路路钉到所述驾驶员的视野为一直线。从猫眼反射回的光线并不能有效地照亮路面，因为光线被反射回光源，即，前照灯。因此，驾驶员往往没有办法利用此类传统的“猫眼”道路路钉来判断比所述车辆车前灯所照亮的更远的所述道路的位置远。
现有技术
已经提交了许多关于试图解决该问题的设备的专利申请，包括：
美国专利申请US2007 297 805(拉比诺维奇(Rabinovich))中公开了一种光通信系统，其包括：具有用于发送一询问光束的发射器以及用于接收所述询问光束的接收器的第一终端。第二终端具有猫眼调制回复反射器(MRR)组件，其包括猫眼MRR，其中，所述猫眼MRR包括用于调制从接收到的来自于所述发射器的询问光束的调制器。
光学聚焦设备将来自于发射器的询问光束与调制器对焦，且反射器将所调制的光束反射到所述接收器。所述猫眼MRR组件还包括设置在所述猫眼MRR的光学孔中的光束偏转器以大致地偏转从所述发射器到猫眼MRR的聚焦设备的询问光束。
韩国专利申请KR 2005 0 006 031(金(Kim))公开了一种增强反射器的反射亮度并通过使用一便于制造的固态反射器来降低制造成本的道路路钉。所述道路路钉包括：埋在道路下面的锚，安装在所述锚上以凸出所述路面的头部；以及由与所述头部的侧边相连的固定板构成的反射器。所述固定板上设有几个反射单元，且所述板反射光线。所述反射器由透光材料，例如，玻璃或透明合成树脂制成，并且如果需要的话，可与颜料混合以点亮某一特定颜色。
授权的欧洲专利EP 1 281 021(里斯金(Rizkin)，等)公开了一种用于引导低发散光源或是基本平行于光轴方向的光源的光线的光变压器。所述设备包括：用于接收来自于所述光源的光的第一端部；输出所接收到的光的第二端部，所述第二端部位于所述设备的与所述第一端部相对的端部；位于所述设备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学窗口。
所述第一平面光学窗口基本垂直于所述光轴方向，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、在一方向上通过所述第一平面光学窗口的低发散或基本平行于所述光轴方向的光源的全内反射表面。
澳大利亚专利申请AU 690 674(以塞亚(Ishida))公开了一种自发光道路路钉，其包括具有用作保持支柱的直径逐渐减小的底部以及至少部分透明的顶部的主体，以及所述主体内的光源，其发光通过所述顶部。
英国专利申请GB 494 297(巴尔斯(Barrs)，等)公开了以直线沿道路的路缘或是其它边缘设置的反射器。所述反射器如此设置使得汽车的前照灯的光束可从每一反射器的外边缘传到下一相邻的反射器，以给驾驶员提供一沿所述路缘的连续光带的效果。
反射器被安装在路缘的槽中并由汽车的前照灯照亮。所述槽可以是连续的，或者也可以提供一系列的槽。所述反射器可布置为垂直于路缘线或是与所述前照灯的光束正交。在变化实施方式中，副反射面设置在所述主反射器的两侧。
英国专利申请GB485 940公开了一种(米切尔(Mitchell))公开了形成有路缘或类似道路边缘的顶表面以呈现具有反射表面的多个凹口或波纹，其给车辆的驾驶员呈现了连续的或几乎连续的光带。所述凹口或波纹可成型在所述路缘的材料中或是路缘中设置的构件上。在一种结构中，具有金属加强件的瓦片被设置到所述路缘的上表面，其上反射面与所述路缘表面相齐平。
当在某些情况下使用上述系统时，它们存在缺陷，严重到不能在道路上提供良好定义和扩展照明。就Rizkin来说，关键的光学部件(TIR透镜)必须完全位于所述道路水平线上方才能有效地工作。为避免迎面而来的车俩可能造成的撞击伤害，道路路钉不能伸出地面之上太多且必须具有流线型的轮廓。因此，现有技术中的装置，包括Rizkin是不利的。这些不高于地面的现有装置很少提供在道路上的良好限定和扩展照明。扩展是指在路径长度上的照明延伸超过1米或更多。
本发明的技术背景
乍看起来，可以主张简单地缩小装置如Rizkin中的所有光学部件，即可解决紧凑性和坚固性问题，并同时保持良好限定的扩展光束，然而，为什么不是这样的情况，这其中还有实际和基本的光学原因。
下面的讨论将提供为什么简单地减小光学部件的尺寸不能提供有效的地面照明的说明。该讨论将参照多个有关地面照明的条件。
首先，任何照明光线的入射角角度实际上是变浅的，即，以极度倾斜的角度。由于在接收平面上的极斜入射角，需要使用高流明光源以快捷地实现可见照明，也就是提供足够的勒克斯值。通常，夜晚的地面上需要几个或更高的勒克斯值。LED是越来越受到青睐的光源且高流明LED通常具有宽角分布(通常＞100度)。该事实直接意味着任何收集光学部件必须收集输入角大于100度的光。技术挑战是制造低光圈值光学部件(包括具有相当于一个光圈值特性的非成像集中器光学部件)。此外，为产生低发散光束，所述收集光学部件的有效焦距必须远大于所述光源尺寸。总之，传统光学装置中，f(焦距)必须是长的，且如果收集100度光的光圈值太低，则需要大的、长的光学部件。这些理由说明为了地面照明而具有一完全位于地面上的准直透镜将导致一个相对高的、大的光学部件，这是不利的。此外，鲁棒性的要求意味着彼此之间具有空隙或是光源与所述光学部件之间具有空隙的离散的光学部件是机械弱点的潜在点。光学部件内的任何空隙都不是机械弱点的来源，如果它们直接位于坚固的防护材料的厚的固体片材的下方的话。
提出了从入射在表面上的一束光线的入射和折射波阵面来确定一光学表面的形状的理论和假设。具体地，我们需要折射面S的形状基本准直来自于光源表面S0上的点发出的光线。此外，与本发明相关的关键情况在于出射光线何时被准直以及所述光线束何时以大角度折射。该情况仅在TIR(全内反射)情形以外发生。为清楚分析，主要讨论简单和重要光线。由于光源，尤其是例如高流明功率LED光源的有限尺寸，真正的光线会更加的复杂并包括许多杂散射线。事实上，所述LED作为多个点光源，可彼此移动。因此，从各点光源产生的准直光线的方向将是变化的，从而总的光线束将在一定程度上发散。由于LED产生的实际光线具有测量特性以及可作为光线数据文件夹导入到光学模拟程序中，所以在建模、设计以及优化时需考虑到包括所述杂散光线在内的所述光线的所有真实特性，从而可得到有效的折射表面。该表面自然会与后续理论分析所预测的有所不同。
如下文中将解释的，所述理论也可应用于S为一反射表面。为了解释该理论，我们将关注于折射表面。图24中示出了所述光学结构的平面图和侧视图，其中，对称轴平行于笛卡尔坐标系中所表示的xyz的y轴。所述光源和折射表面被标记为S0和S。
此类分析的一个较好的理论起点是为散光成像分析而提出的科丁顿理论(Coddington theory)。所述科丁顿方程通常如下定义：
nr/sr-ni/Si＝(nrcosθr-nicosθi)/rs (1)
nrcos2θr/tr-nicos2θi/ti＝(nrcosθr-nicosθi)/rt (2)
其中，θr和θi为由具有局部主曲率半径rs和rt的表面所折射的子午光线的折射角和入射角。所述折射表面分离介质的折射率ni和nr。距离sr和si分别为沿所述光线从所述子午面到所述表面最高点以及从所述表面最高点到所述子午面的共轭距离，其中，下标i和r代表入射和折射(反射)光线。距离tr和ti分别为沿所述光线从所述切面到所述表面最高点以及从所述表面最高点到所述切面的共轭距离。为了本发明的分析，我们需要更广义地描述所述表面曲率以及波阵面形状。因此，我们的分析是基于详细记载在技术文件中的广义科丁顿方程(Blendowske R.，“倾斜球柱透镜中的倾斜中央折射”，验光和视觉科学，第79卷第1期，2002)。
在分析的第一步，我们假设所述表面以及所述入射和折射波长可以由抛物线函数来近似。因此，用于所述入射和折射波阵面的方程为：
Wi＝x2/2six+xy/sixy+y2/2siy (3)
Wr＝x2/2srx+xy/srxy+y2/2sry (4)
用于曲面元S的方程为：
S＝x2/2sx+xy/sxy+y2/2sy (5)
注意，所述波阵面和表面S各由一局部坐标系来定义，xyz用于表面S，以及xiyizi和xryrzr用于波阵面Wi和Wr，如图25所示。在下面的分析中，我们将导出系数sx、sxy以及sy的表达式。
参考图25中的几何图形，利用面元的科丁顿广义方程可表示成：
nrRrCrRr -1-niRiCiRi -1＝(nrcosθr-nicosθi)C (6)
其中，θr和θi为等式(1)和(2)中所示子午光线的折射角和反射角，项Ci和Cr为入射和折射波阵面的曲率矩阵，C为曲面元的曲率矩阵，Ri和Rr为入射和折射光束的旋转矩阵以及ni和nr为入射和折射介质的折射率。
利用微分几何的标准值，所述曲面元的曲率矩阵可由下式表示：
利用等式(3)和(4)，所述曲率矩阵可表示为：
可以类似的方式利用等式(1)、(2)和(4)推导出入射(Ci)和折射(Cr)波阵面的曲率矩阵：
和
入射和折射光线线束的旋转矩阵为：
和
将矩阵等式(7)-(12)代入到等式(6)中，在一些代数后，我们得到表面s的系数的等式：
sxy＝(nr cos θr-ni cos θi)srxy sixy/(sixy nr cos θr-srxy ni cosθi) (13)
Sx＝(nr cos θr-ni cosθi)srx six/(six nr cos θr-srx ni cosθi) (14)
sy＝(nr cos θr-nicosθi)sry Siy/(siy nr cos2θr-Sry nicos2θi) (15)
将上述系数代入等式(5)得到的表面S的方程中。在许多情况下，假设波阵面Wi为球面波是方便的。因此，等式(3)中的项xy可被设为零。在完全准直表面的情况下，所述折射波阵面可以是平面。但是，出于实际的目的，我们需假设所述折射光束不能被完全准直。因此，等式(4)中限定的波阵面Wr对应于在反射通过所述表面S后的最大可接受波阵面误差。
在表面S提供完全准直的情况下，项srx、sry和srxy趋于无穷大。假设所述入射波阵面为抛物线，则方程(13)-(15)为：
sxy＝(nr cos θr-nicosθi)sixy/(-nicosθi) (16)
sx＝(nr cos θr-nicosθi)six/(-nicosθi) (17)
Sy＝(nr cos θr-nicosθi)Siy/(-nicos2θi) (18)
对于球形入射波阵面半径s，我们设sixy＝无穷大，以及six＝siy＝s以得到：
sx＝(nicosθi-nrcos θr)s/(nicosθi) (19)
Sy＝(nicosθi-nr cos θr)s/(nicos2θi) (20)
上述等式基本是标准的经向和切向科丁顿方程。
请注意，上述折射表面的分析可以相同曲率的反射镜代替。上述理论中唯一需要修改的是，将指数nr修改为-nr。还需注意的是，为了说明该理论，附图中所示出的光束发散以及所述表面和波阵面曲率被明显放大了。科丁顿理论应用的边界，将所述发射角限制到了几度。
参考附图26，我们利用等式(13)-(15)来评估所述表面S的曲面元△S(由乘积δxδy得到)的表面曲率表示。
所述折射率以及波束角为：
nr＝1.492(PMMA，光学亚克力)
ni＝1.585(聚碳酸酯)
θi＝75°；以及
θr＝85°。
我们将等式(3)和(4)的波阵面“s”参数定义为：
six＝δx/δθix；siy＝δy cos θi/δθiy；srx＝δx/δθrx；和sry＝δy cos θr/δθry
则光束发射角为：
δθix＝0.2°；δθiy＝1°；δθrx＝0.1°；和δθry＝1.25°
最后，所述曲面元△S的尺寸为：
δx＝δy＝1mm
现在应用等式((13)-(15)并假设所述入射和折射波阵面以及所述表面的形状为椭圆(允许我们设sixy＝srxy＝sxy＝∞)，我们得到由等式(5)所给定的所述面元等式的系数：
sx＝-95.7；sy＝-64.8；以及sxy＝∞(单位是毫米)
下面的表1中列出了在计算中所得到的中间值：
表1
发明内容
相对于现有技术，本发明提供了一种划定具有紧凑光学部件并减少地面上气腔的跑道、道路或巷道的方式。本发明提供了一种良好定义的照明光束，从而可提高安全性并促进导航的改进。该新颖的光学结构还可使得具有机械鲁棒性的紧凑几何结构成为可能，并具有平滑的锥形轮廓，从而使得由在所述单元上行驶的车辆所产生的任何冲击将产生最小的影响。
此外，可以对本发明中的有源部件的电子控制进行远程编址，以便调整照明模式而无需直接进入到所述系统的壳体内。
在本发明的一实施方式中，设置有近TIR(全内反射)装置，其可收集整体位于地面以下的准直光学部件所产生的光。然后，该光以一个斜角横向折射。所述折射的光被进一步折射并经一环形输出透镜调整，从而使得所述装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义的照明。在所照明区域的最远点(通常大约为一米或以上)可达到几勒克斯或更高的照度。
在另一实施方式中，提供了反射表面以将会被浪费的光重新导向到太阳能电池或类似的光电子器件上。
在另一实施方式中，所述照明光束的强度分布可用于照亮地面上的涂料或其它标记区域。所述涂料可简单反射——也可通过添加反射粒子来增强。另外或可选地，所述涂料是可发光的(磷光)，从而使得当其被来自于照明系统或太阳的入射光落到其上对其“充电”时，其后续可在较长的一段时间内发光(不一定与入射光波长相同)，这段时间可以是几分钟或是几小时。所述照明光束强度分布以这样一种方式控制：从所述发光涂料反射后，其提供均匀的照明(当由道路使用者看到时)。所述由光束照射的涂料区域可采用点或条带状图案的形式，其密度可控(即，每单位面积的点数量)，从而实现所需的强度模式。
这提供了具有均匀照明的具有某种形状的照明区域。就发光的可充电涂料来说，所述照明的强度分布被设置成在所述照明区域的整个长度上提供所述涂料的有效充电以及均匀的勒克斯值。在夜晚或阴天条件下，自发光可充电涂料不能被充电，电荷将由所述照明系统自动提供。结合所述涂料，整个系统将需要更低的电功率，因为其只需要补足无法从阳光中得到的涂料的“电量”。由所述涂料覆盖的地面区域以及所需的涂料值将被减小到最低限度。在条带状或点状图案的实际实施中，将使用一薄的掩模板以使得涂料只能附着到所需的地方并阻止其到达条带之间的空白区域。
在所提出的系统中是一种用于提取电磁场中外部变化从而提供能量(例如可从移动车辆的运动实现)的装置。该能量可用于远程激活所述系统中的辅助光源。可以打开这些光源以提供与主道路方向正交的方向上的照明。这可用于例如，多车碰撞情况下的警示灯。所提取的外部电磁场能量也可用于向所述系统内的充电电容器或电池提供能量。
所述系统还可提供用于检测所述外部或地面温度。设置例如是热敏电阻的有源温度传感器来检测该温度。当所述温度低于冰点时，电子检测器电路激活电子控制器，从而使得所述照明光束(LED)间歇闪烁。该特性被用作所述道路上的结冰警告。
本发明所描述的是地面照明方面，并且，像“上”、“下”“顶”以及“底”等词用作头脑中的正常方向。根据本发明所给出的设备的任何实施方式中，可以预期的是，从所述设备的设计中可以明确所预期的地平面的位置以及其使用的方向(即，所述光出现在地面之上)。显而易见的是，本发明的设备也可在其它方向使用，以沿墙壁或天花板提供应急照明或照亮告示或广告。这些用途旨在落入本发明的范围之内，尽管在安装之前，这些设备在制造、运输或存放过程中具有不同的取向。
附图说明
图1根据本发明的优选实施方式，示出了道路路钉的侧视截面图；
图2示出了由图1中的路钉的光学部件所反射和折射的典型光线的放大横截面视图；
图3示出了图1中的路钉的平面图以及典型光线图；
图4根据本发明的第二种实施方式，示出了道路路钉的横截面侧视图；
图5示出了图4中的路钉的平面图以及典型光线图；
图6示出了图3所示的道路路钉的变体的平面以及典型光线图，其提供了四个方向的照明；
图7示出了由本发明的第三种实施方式中的道路路钉内光学部件所反射和折射的光线的放大横截面视图；
图8示出了具有在地面上的发光涂料带的递增模式的道路路钉的出射透镜的平面图；
图9示出了的典型照明水平和密度相对于距离出射透镜的距离的视图；
图9a示出了具有郎伯散射函数的照射面上的典型的角强度分布图；
图9b示出了具有不对称散射函数的照射面上的典型的角强度分布图；
图10根据本发明的另一实施方式的道路路钉的横截面视图，其中，其包含有感应线圈和铁氧体磁芯；
图11根据本发明的另一实施方式示出了道路路钉的横截面视图，其中，其适用于监测道路上的光照水平或是道路上的发光涂料；
图12示出了图11中的道路路钉的平面图；
图13示出了LED照度传感和控制电子的示意图；
图14示出了响应所反射的照度控制所述系统的步骤示意图；
图15示出了本发明采用菲涅尔棱镜阵列的另一实施方式的俯视图；
图16示出了通过图15中道路路钉的垂直截面图；
图17A示出了图15中的道路路钉下面的横截面图；
图17B示出了插入在图15A中的道路路钉的菲涅尔阵列的平面图；
图18为与图16相类似的截面图，其根据本发明示出了道路路钉的另一可替换实施方式，其具有朝向棱锥块的成角度设置的LED；
图19示出了图18中的道路路钉下面的横截面图；
图20为与图16相类似的截面图，其示出了可在八个方向产生光束的变体道路路钉；
图21示出了图20中的道路路钉下面的横截面图；
图22为竖直平面上的部分横截面图，示出了本发明的道路路钉的另一种可替代实施方式，其具有朝向棱锥块的竖直放置的LED；
图23示出了图22中的棱锥块上部的平面图；
图24-图26示出了科丁顿理论在本发明的光学部件设计中的应用。
具体实施方式
现结合附图对本发明进行详细说明。
图1示出了例如可用于照亮马路或道路的地面照明系统1的侧视截面图。为清楚起见，仅对在一个方向上照明的关键方面进行详细描述。但是，该结构是对称的并可提供如图中可见的左侧和右侧的双向照明。包括低折射率材料的顶块2包括弯曲上表面3。所述顶部光学块2的折射率为1.5或更低。所述顶块2包含环形折射面4以及用于容纳太阳能电池5的凹陷。所述上表面3提供光学增益并有助于太阳能电池5收集阳光能量。所述顶块2具有弯曲的下表面6以及凸缘7，所述凸缘7位于如构造线8所示的地平面。
所述太阳能电池5用于向电子器件以及光源提供电力。所述顶块2的下表面6与高折射率光学块9光学接触。所述光学块9的顶表面的形状与所述顶块2的下表面6的形状相适配。所述光学块9的折射率为1.585或更高。在实践中，块2和9光学接触，即，它们通过光学粘合剂粘合在一起。所述光学粘合剂具有与光学块2的折射率相似的折射率。所述粘合剂层的厚度通常小于100微米。光学块9包括一反射面10。所述反射面10的两个小面优选为双锥形，具有在一方位上的约600mm的顶点凸半径以在另一方位上的无穷半径。所述表面10的“V”形的角度为约72度。这指的是所述小面表面上的平均切角。
印刷电路板(PCB)11容纳有LED光源12。中空、反射式准直器(优选复合抛物面集中器)13引导光线例如，直射光线14以及反射光线15朝向所述反射面10。在所述光线离开所述准直器13的顶面之后，其发散小于6度左右。靠近所述反射面10的切面上方的空间为空气，从而使得所述反射以全内反射(TIR)发生。入射到表面10上并通过其反射的光线14和15在穿过界面6(高、低折射率区域之间的分界线)时在预设方向上被进一步折射。界面6优选以约400mm的半径以及-15的圆锥系数弯曲。所述光线以接近于能导致全内反射的角度入射到界面6上，这限制了折射光束的发散。一些光线几乎水平折射，而一些光线以更大的角度折射。有用光线的最大上升角由环形透镜4的最上部边缘限定至小于15°的浅角度。优选的，所述光束的中心光线与水平面之间的角度为5°到7°。
由所述环形表面4折射后，所述光线16以倾斜的角度被引导出现在地面上，例如，道路表面。所述光束以由所述环形透镜4在地平面以上的高度以及该光束打算照亮的地面区域的距离所确定的一个浅角度下降。该角度(以所述光束的中心光线测量)通常小于5°，且为照明仅一米的距离，所需的该角度不超过1°。为实现所述道路上所需照明的长度以及勒克斯级(以便于用肉眼可容易地看见)，所述表面4在垂直面的半径约为40mm和110mm。
图2示出了所述光线路径以及出射光线16的放大图。
图3示出了所述地面照明器的平面图，其中，为清楚起见，只示出了某些部件。所述反射准直器13以虚线圆被示出。所述准直器13的出射直径通常为25mm。应当注意的是，在一方向上，所述反射面10具有比准直器13的直径更大的长度。尽管所述光学部件所产生的是双向光线，但只示出了光线16，其在由透镜4折射后移动到右边并射出所述单元。
相对于理论计算以及之前讨论的假设，所述光束中入射在界面6上的实际光线的发散超过几度且沿着所述表面延伸超过1mm。入射到所述环形透镜4上的光线相应地有少量发散，换言之，没有精确准直。在光学设计中使用优化算法以形成长度超过一米左右且照明的宽度与例如，道路车道标记的宽度相近似的良好定义的光照分布。这类车道标记通常以中折射率的反射热塑性材料、油漆或自发光(阳光充电)油漆制成。
可利用透明胶或透明密封材料将所述太阳能电池5牢固地固定在其凹陷中。所述光学部件2的侧壁17的深度可根据凹陷所述照明器的道路的类型来预先确定。所述光学块2可在所述凸缘7处或低于其水平线处被均等地被构造成两个部分，从而使得，例如，所述光学透明部分可由至少部分地以其光学性质所选择的材料制成，而剩余部分可由以其机械性质所选择的不同材料制成。相对于现有技术的装置，该地面照明装置的优势在于：可提供具有机械鲁棒性的设备，同时，在地面以下的大立体角收集的光被有效地引导至所需的接收平面。另一有益效果在于：损坏，如光学部件2的最高面上的划痕不会明显影响提供到马路或道路上的光照。所述透镜4的出射表面本身是凹陷的，且由其两侧的锥形斜面18所保护。所提出的装置的优势在于：大部分关键部件位于所述地平面上或其下方，且最终折射面、曲面透镜4的高度较小且在尺寸上通常与所述准直器13的出射面的半径尺寸相类似。其它电子器件以及功能被设置在所述电子PCB11上，图中没有具体示出但在后续说明中将进行详细描述。
图4示出了紧凑地面照明系统的另一可替代方案中的横截面侧视图。在该实施方式中，采用LED光源20的阵列且在相应的透镜阵列21中的透镜准直并引导每一LED的光线到所述光学块9中。同样，尽管所述系统是对称的且能产生双向照明，但为清楚起见仅示出了右边光线。(所述系统是对称的且产生两个彼此方向相反的光照并不是必须的。)入射到界面6上的光线路径类似于图1所示的路径且在各种实施方式中进行了描述。所述阵列被设置成如图所示的浅V形22。所述LED轴以及每一相应透镜的轴线是共线的。所述左边和右边透镜阵列21可以是分开的，从而可分成两件来制造或者它们可成型为同一件。所述透镜阵列21的光学材料可以是光学级塑料。所述透镜阵列21被结合到所述光学块9的下表面并光学接触。所述透镜阵列21被设置成用于引导块2和9中的光线沿着与图1中所示光线非常相似的路径。
相对于图1中单个的LED，图4中的多个LED优选是不同类型的，并将具有更窄角度输出特性。所述阵列20中的每一LED具有比图1中的LED12更低的流明功率，但是，该多个LED20是经过选择的，以使所有LED20的总流明功率与图1所示的单个LED的流明功率相接近。尽管示出了三倍LED以及透镜阵列，但也可采用其它数量的LED20(取决于它们的输出特性)和相应透镜21，包括每一“阵列”中可能仅含有单个LED。该装置是有益的，因为，尽管所述透镜表面4的孔径限制了垂直面中的光线束，但对水平方向上的透镜尺寸没有根本性限制。换言之，所述透镜表面4的水平宽度比其垂直高度宽。这对应于扩展LED以及透镜阵列20和21的输入侧。图5示出了所述装置的俯视图。
应当注意的是，对于前面的两种实施方式，在垂直面入射到所述透镜4上的光线的发散必须在一定的限度内。在该垂直面的发散的发生必须在几度左右。首先，这使得光线被恰当地以小角度在所述界面6被折射，且该受限的发散也可使得光线通过所述透镜4的垂直孔而无明显的光损失。在水平面，更大的发散是可允许的，且可以通过在所述水平面上聚焦出射光线来使得它们以被良好划定的方式被引导到所述道路上来调节所述透镜表面4的水平半径以补偿任何其它发散。图4所示的装置的有利点是块2和6以及所述太阳能电池5接合粘合剂的辅助以形成事实上一单一鲁棒性固体材料块。图4和5中所示的照明器装置还具有深度较浅的优势，从而减少在马路或道路上形成深洞的需求。
在前面的两个实施方式中，所述照明光线是以双向描述的，即，光线在图中所示的左边或右边行进。应当注意的是，采用其它LED光源或是结合图1和图4中的实施方式，也可照亮其它方向。因此，例如，可沿四个方向照亮。图6中示出了该实施方式的平面图。为清楚起见，此处仅示出了这四个方向中的两个方向上的光线。出于同样的原因，所述LED阵列也未完全示出。注意，后文中，所述顶部和底部照明方向将被称为正交方向。在图6中，所示的所述透镜阵列18顶部和底部是完全分离的，从而它们不会占据反射光学部件10的空间。与该分离有关的是，可对入射到表面6上的总角度以及用于所述光线路径在图6中向上或向下移动的表面6的顶部和底部的局部形式进行一些小的调整。用于所述正交照明方向的LED20不需要所有时间内都开启，但是可在环境影响例如，温度或湿度或强振动下产生的高于预先设定水平下触发传感器时打开。此类强振动可由例如多个车辆碰撞所触发。如在后面的实施方式中将详细描述的，用于所述正交方向照明的LED还有利的是，可由所接收到的电磁场中的外部变化信号远程打开，所述电磁场能诱导包含在所述照明外壳内的感应线圈产生电荷。
图7示出了另一实施方式的横截面剖视图，其中，所述光学块9的边缘25的一部分是倾斜的并涂覆有反射涂层，从而使得在表面6上全内反射的任何光线被反射到太阳能电池5上。如图7所示，在从所述边缘25反射后，所述光线将从所述块2的上表面被进一步全内反射到所述太阳能电池5上。所述边缘25上的反射部位于所述透镜4的下方却具有与所述透镜大致相同的宽度。该设置有利于背反射，否则将由于来自LED光源的杂散光线而导致光损失并提高太阳能电池5所收集的能量。所述表面25上的反射涂层也可以是局部涂层，或完全省略，这将允许在其后方设置一光学传感器(未示出)，从而来自于所述LED的照度可被连续监控。来自于该光传感器的信号可用于调节被提供到所述LED的电流，从而使得从所述LED的光线输出被保持在一个恒定的水平。
图8示出了所述地面照明器的出射透镜表面4以及沿从所述透镜表面4射出的光线方向设置在道路上的涂料或发光材料的图形的平面图。使用所述地面发光器照亮此类图形或甚至是反射或发光涂料固体块的优势在于：散射、发射以及反射照度增加，从而给观察者提供更加清晰的被照射的图案。此外，所述地面照明器还具有高级路灯的优势，因为其非常靠近所述道路从而能更有效地照亮。在本申请的地面照明器中，提供给所述LED的电子电源可有利地降低及/或可采用一更小的太阳能电池、电池组或较低值的电容器。
如图8所示的，地面上的所需图案可方便地从例如是点或条带26的重复单元中建立起来。此类点或条带的密度(即，它们覆盖所述地面的比例)可随着与所述照明器间的距离而发生变化以在考虑到所述光束衰减或分散后提供一均匀的现象。在图8中，所述条带26以不同的宽度被示出。然而，如果所述条带(或其它重复单元)都是相同形状或宽度，则它们的密度可方便地通过随着与所述照明器之间的距离而变化所述单元的间距来改变。
图9以实线27示出了照度(勒克斯)与到地面照明器之间的距离间的典型视图。随着所述光束传播(如果不是完全准直的)以及随着光被空气中的颗粒散射，所述照度水平随着距离的增大而减小。图中的虚线28表示当根据上面的实施方式照亮时提供横跨被照亮的条带图案的整个长度上的均匀的照度(被观察者观察到均匀的勒克斯)的所述均匀尺寸的点或条带的频率。所述点的频率可被设置成用于投射到发光材料的表面的光线的倾斜度的其它补偿。
图9a示出了从一朗伯表面，即，在所有方向均匀散射的散射/反射模式。图9b示出定向扩散体的定向散射/反射模式。可取的是，所述地面上的图案优选从某一方向29，例如从接近者如车辆司机的方向被均匀地感知。由于所提供的地面照明器产生朝向迎面而来的行者的倾斜光束，由该光束照亮的涂料的可见度在该方向被有利地增加。其也有利于减小所述涂料的电荷要求或是在所述涂料混合物中的活性发光成分的密度。
在双向照明器的第二照明带，即，光与所述行者在相同的方向上行进的地方，所述涂料中可包含玻璃球，且这些将所述光线基本反射回去朝向行者。或者，所述道路标记预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纹理，或许根据菲涅尔(Fresnel)原理设计。
图10示出了旨在用作道路路钉的地面照射器的另一实施方式的横截面图。感应线圈30缠绕在所述块2的壁17的内部。可在由所述线圈30形成的圆柱体内使用另一部件，如铁氧体圆柱。所述线圈通常具有100匝绝缘线。所述PCB11容纳所述光源、温度传感器32以及其它电子部件以从所述线圈30中由所通过的机动车辆的电磁场变化所诱导产生的电流中收集能量并将该能量储存在例如，电容器或电池中，以供系统后续使用。在所述线圈中流动的电流取决于所述线圈中随着所述车辆的通过而产生的磁场变化。该变化可能由车辆本身的磁场(其已被测量为在1m的距离为约10μΤ)引起或由车辆通过时的背景磁场的干扰引起。后者的影响可以通过提供一恰当设置的永磁铁以人为加强所述背景场来增强。可替代系统可用于从通过的车辆中收集能量，例如，压电发电机，或是用于从环境中收集能量，例如，利用地面和空气温度间的差异。
图11和12示出了另一实施方式的横截面侧视图以及平面图，该实施方式适用于监控从道路或从道路35上的发光涂料反射回的照度。结合上文所描述的如图1所示的光学系统，脉冲LED光源12的照度被用于照亮附近的道路或是附近道路35上的发光涂料。从所述道路或发光涂料35被反射回的该脉冲光的光线36被引导返回通过所述光学系统并通过透镜38被聚焦到传感器40上。在图12所示的平面图中，光线36穿过所述光学部件的一部分位于如图1等所示的透射光线外围，换言之，所述光线36位于所述准直器13(以虚线示出)的外侧。所述透镜38聚集此类外围光线的所有线束并将它们引导到所述传感器40上。通过由聚焦透镜42将来自于所述LED12的一小部分光线聚焦到传感器44上可测量由所述LED12直接发射的照度。用于测量所述LED的直接光线的透镜42和传感器44同样可设于其它位置，例如，如图7所示的实施方式中的光学部件9的边缘25的部分反射镜后面的空间，尽管将由此需要长的引线以将所述传感器连接到PCB11上。
图13示意性地示出了所述照明系统的控制电路。所述太阳能电池5和所述电磁线圈30向可充电电池70提供电力，所述可充电电池70反过来又给所述控制电路的其它部分以及所述LED提供电力。或者，所述太阳能电池5和所述电磁线圈30可直接给所述电路供电。所述电池70的电压电平由切换电路72监控，其可控制所述电池70的充电和放电，以及所述电路的电源供应。特别地，所述电路72将断开电池70的电源，如果电压降的太低的话。
可设置一开/关总开关73，其受控于簧片开关75。在制造之后，可关掉所述电路以防止所述光束在使用前在通常的存放所述道路路钉的黑暗条件下运行。当准备将所述道路路钉安装到道路上时，可在所述外壳的外侧采用一磁铁以控制所述簧片开关75并打开所述总开关73。可使用其它远程操控所述总开关73的方式，包括：在安装所述道路路钉后，允许打开和关闭所述电路的操作。
提供给所述电路的电源理想地用作恒流源74，其向主LED12以及一个或多个可选辅LED76供电。所述辅LED76可在检测到所述主LED12发生故障时提供备份和/或它们可发射不同波长的光，例如，红外线用来进行下文中所描述的雾检测。仅以示意性的方式示出了用于控制所述LED12,76运行的逻辑电路78。所述LED12,76的(平均)亮度的优选控制方法不是连续操作它们而是以一可变的占空比来打开和关闭它们。因此，所述电流源的输出由可变占空多谐振荡器80控制以按所需的占空比高频通断电流以给所述LED供电。
所述多谐振荡器80可响应于影响所述LED12,76的通断的各种输入。例如，第一比较器82对比来自道路标记的背反射光与所述主LED12的已知输出。所述第一比较器82的输出通过一积分器产生一信号，该信号可代表需要增强所述LED12的亮度以给所述道路标记的发光涂料充电，如下文中涉及图14的说明。所述积分器平均一段时间，如15分钟内的信号以使得所述系统不对短时间内变化的照明如，车辆车前灯做出反应。类似的比较器(未示出)可比较从所述主LED直接接收到的光强度与作为反馈回路一部分的参考信号，以补偿所述LED输出的任何固有调光。
另一比较器84对比来自于所述主LED的背反射白光和来自于辅红外LED76的背反射红外光，以确定附近雾的存在，如下文中将详细描述的。如果检测到雾，则增加所述主LED12的亮度和/或其可能向驾驶员以警告模式闪烁。热控开关32，如热敏电阻可检测结冰条件并向所述多谐振荡器提供一信号，从而使得所述主LED12再次以特定的模式闪烁以向道路使用者警告可能有冰的存在。最后，示出了第二电磁线圈86，其具有它自己的控制电路88。通过的车辆将诱导所述线圈86中可被所述控制电路88检测到的电磁脉冲，所述控制电路88反过来又给所述多谐振荡器80发送一代表所述车辆存在的信号。通过该方式，在较少使用的道路上，可通过只在车辆通过时打开所述LED12来节省电量。给所述多谐振荡器80的这些输入基本上是彼此独立的，因此，显而易见的是，可在本发明的范围内结合使用它们中的任何子集。
在图13中，分别示出了用于检测通过的车辆的磁场的第二电磁线圈86以及从通过的机动车辆的电磁场产生电力的第一电磁线圈30。显然，采用合适的电子器件，一个共享线圈可用于同时完成这两项工作。或者，如果发现不能有效地从通过的车辆中产生电力，则可省略所述第一线圈30但仍保留所述第二线圈86。实验显示，汽车以约50km/h通过距检测器1m的距离将在约3秒的时间内产生约3000nT的局部磁场强度变化，其能很方便地被检测到。所述第二电磁线圈86也可被设置成接收来自特别改装的车辆的脉冲信号(例如，射频信号)以便于编程或改变所述设备的操作模式。例如，交通主管部门可打开沿着一段道路的所有设备以警告前方的车辆事故或其它危险。
如已提及的，所述比较器84对比由所述主LED12发射以及由所述道路标记所反射的白光与辅LED76发射以及由所述道路标记反射的红外光。已经发现，在通过雾时，较短波长的光被更强烈地衰减，因此，可见光比近红外光更强烈地衰减。通过监测所述背反射的红外光与白光(或与一些特定波长的可见光)的比，比率的变化将代表雾的存在，其可用作触发器来提高所述主LED12的亮度和/或向道路使用者在警告模式下闪烁所述主LED12。替代使用专门的红外LED76，还可利用滤波器来进行相同的比较以检测由所述白LED发出的两种不同波长的光强度的比例，例如，450nm的蓝光和660nm的红光，但同时应当注意的是，这两种波长越接近，它们之间的衰减差值越小。可在所述路面或是路边设置一用于雾检测的专门反射器来替代依赖来自于所述道路标记的背反射(如果使用发光涂料的话，可能会引入复杂的因素)。或者，在所述照明设备以一条线沿道路设置的常见情况下，由其中一个设备所发出的光的波长可由序列中下一设备检测到，以表示它们之间存在雾。
图13所示的控制电子器件利用如图14所示的过程将所述标记的照明保持在恒定的照度。在步骤54对比由所述传感器50确定的背反射照度与预先确定的照度。如果其低于所述预先确定照度，则所述电子系统调整增益(步骤56)，方式是：调整LED12的照度为维持一恒定的背反射照度(步骤58)；或者临时增加(一段时间内的)LED12中流动的电流(步骤60)从而临时提高入射到所述涂料上的光并由此给地面上附近的自发光涂料35的所述区域充电。代替变化所述电流来变化由所述LED发射的照度，可在单一电流电平但具有不同的占空比的脉冲下操作来改变如上结合图13所述的发射的光的平均强度。如果所发射的光对于观察者直接可见，则通常脉冲频率应足够高到不被察觉(这并不与同时在低频率下同时所述LED以作为雾或结冰的警告相矛盾)。
由于所述12被脉冲，图13所示的控制电路可包括位于所述光传感器50输出上的滤波器52，其可被调谐到所述脉冲频率附近的通带，从而只能测量来自于所述LED12背反射光。该设置确保了所述LED光不会响应于环境照度或是道路上车灯的变化而发生变化。此外，或可替代地，所述环境照度可通过测量所述LED脉冲之间或通过利用在所述传感器50的输出上的第二低通滤波器或通过测量所述太阳能电池的输出来说明。传感器50仅测量背反射光。该传感器被设置在完全屏蔽所述LED12的直接光线的隔间内。所述电子系统内包含各种预先设定的电子控制水平作为安全措施，从而所述LED12光线不发生剧烈或频繁变化。所述LED12脉冲的标记占空比至少为50:50，且优选80:20，即80％打开且20％关闭。
应当注意的是，该设置可用于利用如图11所示的采用1个LED的结构(基本上其是与图1相类似的结构)来监控所述涂料标记在一个方向上的背反射。在这种情况下，该方向将是其监控的可被正在靠近的行者，例如，车辆的驾驶员看见的标记的最重要的方向。当需要监控两个方向时，可接合图4所示的实施方式采用相应的监控结构。在此处，所述道路标记或涂料的背反射光以与如图4所示的光线16相反的方向行进，但传感器只能检测到偏移到所述LED阵列20的两侧的光线。换言之，在图5的平面图中，所述传感器设置在每一阵列的端部的旁边，即，所述顶LED的上方以及所述LED的下方(每侧重复，左边和右边)。在该设置中，左侧或右侧上的道路标记或涂料的背反射光可独立监控并用于控制相应的LED阵列照度。
所述控制电路可包含接收装置(未示出)以允许其从中央控制器中远程寻址，例如，以在发生事故、交通堵塞或是雾的情况下激活所述系统作为警告。其还可包含传送装置(未示出)，以发生信号发回至所述中央控制器，例如，报告局部温度、照度、交通变动或故障情况。所述控制电路可包括根据环境条件自动启动的功能。例如，温度传感器32，其可以是一热敏电阻，能检测外部或地面温度。当所述温度低于冰点时，可使所述主照明光束或辅LED间歇闪烁作为道路结冰的警告。
可选择所述LED的颜色和亮度以适应所需的应用。如果LED是通过反射来照亮所述地面，则所述颜色应该是白色，或是希望观察者能看见的任何颜色。如果所述系统的主要目的是给发光标记“充电”，则应当选择能以光波长强烈发光的LED，该光波长的能被发光材料强烈吸收，且该发光材料不需要对人眼可见。
基本上结合图1-图3所示的相同的光学装置可以激光光源来替代所述LED12。所述激光束可以扩大到就像来自所述LED的准直光束。或者，所述激光光束可以通过安装在所述系统的主体上的光束调向装置被传送以在所述路面描绘出所需的图案(在做出由于所述光学器件而造成图案失真的适当补偿之后)。该设置将使得所述精密的光束调向装置可得到所述顶块2和光学块9的鲁棒性组件保护，同时将所述光束以一高的斜角引导到所述路面上。激光束是自然充分准直的且其应该有可能长距离投射，也行能在平滑、水平的直线路面投射超过10米。一排此类系统可以提供基本连续的光束或照亮实线。
可选地，可设置一传感器，其可检测附近的人或车辆，并在他们在预设的范围内时打开所述照明。所述传感器可以是一适用于检测迎面而来的车辆前照灯的光传感器，适用于检测人或车辆移动的移动或振动传感器，或是检测车辆发动机声音的噪声传感器。或是，环境照度传感器，例如，太阳能电池5，其可以预设的照度打开所述照明，使得其在黑暗中连续发光。
图15中示出了四路照明器的优选实施方式的平面图，且图16示出了沿A-A’向的横截面测试图。图17示出了该实施方式的仰视图。
在图15中，示出了四个透镜4。所述下光学块9的外形(以虚线)示出，为十字形。
在图16和17A中，印刷电路板(PCB)97容纳四个LED98。四个准直器100将发散小于15度的准直后的光线引导到反射阵列101的一个小面(facet)上。所述反射阵列101通过与所述底块9的下表面水平抵靠的板103与所述底块9相连。或者，所述反射阵列101可通过接合在所述接触边缘或是与所述阵列的上边缘一体成型的卡口销(未示出)与所述底块9相连。所述销位于底块9中的适合的孔洞中。从所述小面反射后，光被引导到菲涅尔棱镜阵列102，从而使得光按所希望的方向传送通过所述底块9并折射到所述顶块2中。最后，光线通过棱镜4射出所述系统。由所述反射阵列101的一个小面所反射的光线的方向都在相同的方向，同是由反射图1的实施方式中的反射面10的准直光束所产生的光线的方向。
在该实施方式中，所述顶块2与图1基本类似，除了其包括图16的横截面图中可见的插入件105。图17B中示出了所述插入件105的平面图。所述插入件105的下表面限定了所述顶块2的下表面，并因此还提供了与底块9的界面，以将光线折射成本发明的上升光束。所述插入件105的上表面被成型成第二菲涅尔棱镜阵列，其结合到所述主顶块2的互补形状的表面。所述顶块2的该复合结构的优点在于：可主要根据光学性质来选择所述插入件的材料(例如PMMA)，以限定所述界面处的折射，而所述主顶块的材料(例如，聚碳酸酯)可主要根据其机械性能来选择，尽管其也决定所述棱镜4的折射。应当指出的是，本实施方式中的两个菲涅尔棱镜阵列以一种非常规的方式使用，由此，他们基本上不会改变通过它们的光束的方向，校准每一阵列的小面，从而使得所述光束与它们大致垂直。菲涅尔阵列的目的是允许光束通过具有不同折射率的两种介质，而没有明显的折射且没有明显的杂散反射，从而得到比其它更为紧凑的结构(例如，棱镜块具有在与所述菲涅尔阵列的小面相同方向上校准的一个面)。这使得所述顶块2的相对厚度在所述道路路钉的整个外壳中有所增加，其提供了良好的耐冲击性，以保护所述太阳能电池5以及其它精密元件。
所述反射阵列101、底块9以及PCB97组装形成封闭的气密空间。所述壳体17内的该组件外面的体积，可永久地填充封装化合物，以便防止水分进入。通过以这种方式包封所述组件和电池组106，可最大限度地降低来自环境影响和水分导致的部件恶化。
如图16所示，改实施方式的一个优点是，LED98全都位于平面PCB97上。然而，由于菲涅尔棱镜阵列102的紧凑几何形状，另一优点在于：所示菲涅尔棱镜阵列102以及所述底部光学块9可通过注塑成型或其他热成型方式制成一体。
在图18的横截面图以及其下方的平面图19中，所述壳体的结构与前面的实施方式不同。金属环96形成一凸缘，该凸缘位于用于设置所述道路路钉的孔的周围的地面上。金属盖92盖住所述顶(低折射率)块2并具有用于安装每一透镜4的孔。利用螺栓(清楚起见未示出)将所述顶盖92固定到所述环96上，并在被锁定时，将所有的光学部件保持到位。外壳104固定在所述环96的下方以为所述电池106提供一防水外壳。
在该事实方式中，利用折射率相适配的透明粘合剂将由与所述底关学块9相同材料制成的椎体块110粘合到所述底部关学块上。准直器112被设置在靠近所述椎体块110成角度的小面或与所述椎体块10的成角度的小面光学接触。再次，光学接触是通过使用透明粘合剂得到的。内壳体114容纳PCB，所述PCB上固定有LED118。所述LED通过CPC准直器120准直，其引导所述光线通过所述椎体块110并进入所述底块9，从而在界面6折射后，光线进入到透镜4中。所述透镜4引导光线到所述路面上。相对于图16，该事实方式的优势在于：紧凑的深度，从在其在金属化道路的深度受限的情况下是有用的。其在集料的承雨线脚不深的情况下也是有用的，因为其能避免积水。该结构中仅需要一深度较浅的孔。可以减少图中所示的准直器120和电池106之间的空气间隔。
可以扩展图15-图17的实施方式以允许更多数量的LED98进行照明。图20和21示出了具有8个LED的实施方式。在这种情况下，所述底部和顶部光学块9,2在平面图中是圆形的。通过依次打开所述LED98，可以360度的角度照亮水平条带状的路面。再这种情况下，所述透镜被形成为环绕所述顶块2的边缘的连续表面122。该边缘透镜122主要在垂直平面中引导和调节所述光线。在水平平面(平行于路面)上的其它调节可以通过在所述反射小面101的水平平面上结合光功率来实现。这通常是几百毫米的圆柱形小面半径(水平平面)。或者，所述顶块2的边缘122可以包含在垂直和水平平面中具有折射力的透镜阵列。在这种情况下，所述反射阵列101的小面将是平面。
图22和23示出了用于将来自LED98的光线引导到底块9中的光学部件的另一实施方式。棱锥块124是单片式的，以便于可注塑成型为一整体。其与所述下光学块9分离，但由相同的材料制成。其以具有相同折射率的粘合剂结合到下光学块9上。该结合能有效地使得所述棱锥块124、准直器块100以及所述下光学块9形成一个整体。所述棱锥块124的顶部通过在其成角度的小面全内反射将光线引导到下光学块9中。在折射到顶块2中之后，所述光线入射到如前所述的透镜(图22中未示出)上。优点在于：所述反射小面由T..I.R操作，从而无需表面金属化，并且所述LED全在一平坦的PCB上。

Claims (32)

1.一种地面照明系统，包括：
限定地平面(8)的主体(17,104)；
设置在所述主体(17,104)内的、位于所述地平面(8)下方的光源(12,20,98)；
光学块(9)，其用于将光从所述光源(8)传送到所述光学块(9)的上表面；以及
顶块(2)，其用于将光从所述顶块(2)的下表面传送到外部；
其中，所述光学块(9)的上表面与所述顶块(2)的下表面光学接触，所述上表面和下表面之间的界面(6)被成形为：将所述光源(12,20,98)中的光折射到相对于所述地平面(8)以第一角度上升的光束中；以及
所述顶块(2)包括位于所述地平面(8)上方的窗口(4,122)，所述光通过所述窗口(4,122)射出到外部，所述窗口(4,122)被成形为：将所述光折射到相对于所述地平面(8)以第二角度下降的光束(16)中。
2.根据权利要求1所述的地面照明系统，其特征在于：所述顶块(2)与所述主体(17)形成为一体。
3.根据权利要求1或2所述的地面照明系统，其特征在于：所述顶块(2)的窗口(4,122)具有部分环形透镜的形状。
4.根据前述权利要求中任意一项所述的地面照明系统，其特征在于：所述顶块(2)具有一半球形轮廓的上表面(3)，所述窗口(4,122)被设置在所述上表面(3)的凹槽中。
5.根据前述权利要求中任意一项所述的地面照明系统，其特征在于：还包括位于所述顶块(2)下方的太阳能电池(5)。
6.根据权利要求5所述的地面照明系统，其特征在于：所述光学块(9)还包括反射面(25)，其被设置成拦截从所述光学块(9)和顶块(2)之间的界面反射的光并将所拦截的光重新引导至所述太阳能电池(5)。
7.根据前述权利要求中任意一项所述的地面照明系统，其特征在于：所述光学块(9)具有比所述顶块(2)更高的折射率。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的地面照明系统，其特征在于：还包括位于所述光源(12,20,98)和所述光学块(9)之间的抛物线准直器(13)。
9.根据权利要求8所述的地面照明系统，其特征在于：所述抛物线准直器(13)将所述光源(12,20,98)的光引导至基本竖直的光束中，所述系统还包括反射面(10,101)，其被设置成朝着所述光学块(9)的上表面倾斜地再引导所述准直器(13)的光。
10.根据权利要求9所述的地面照明系统，其特征在于：所述反射面(10)由全内反射操作。
11.根据权利要求10所述的地面照明系统，其特征在于：所述顶块(2)包括面向相反方向的两个窗口(4)，并且所述光学块(9)包括两个反射面(10)，其被设置成将所述准直器(13)的光分成两个光束，并在两个方向上朝着所述光学块的上表面倾斜地再引导所述光束，最后分别从顶块(2)的两个窗口(4)中射出。
12.根据权利要求11所述的地面照明系统，其特征在于：所述光学块(9)的两个反射面(10)背靠背地设置成V形构造，且在它们之间具有空气空间。
13.根据权利要求1-7中任意一项所述的地面照明系统，其特征在于：包括多个光源(20)，每一光源(20)与所述透镜(21)对齐，以将来自光源的光倾斜地引导至所述光学块(9)中。
14.根据权利要求13所述的地面照明系统，其特征在于：所述顶块(2)包括两个面向不同方向的窗口(4)，其中，所述光源(20)被设置在两个阵列中，从而使得来自于各个阵列的光在两个方向上被倾斜地引导到所述光学块(9)中，最后分别从所述顶块(2)的两个窗口(4)中射出。
15.根据权利要求1所述的地面照明系统，其特征在于：还包括位于所述来自于光源(98)的光进入到所述光学块(9)的表面处的菲涅尔棱镜阵列(102)。
16.根据权利要求15所述的地面照明系统，其特征在于：所述光在与所述菲涅尔棱镜阵列(102)的小面垂直的方向上通过所述菲涅尔棱镜阵列(102)的小面进入到所述光学块(9)中。
17.根据权利要求1所述的地面照明系统，其特征在于：所述顶块(2)包括插入件(105)，所述插入件(105)具有限定所述顶块(2)的下表面的上表面以及菲涅尔阵列形式的上表面，且所述上表面紧靠所述顶块(2)的互补表面。
18.根据权利要求17所述的地面照明系统，其特征在于：来自于所述插入件(105)光在一方向上通过所述菲涅尔棱镜阵列(102)的小面进入到所述顶块(2)中，其中，所述方向为与所述菲涅尔棱镜阵列(102)的小面垂直的方向。
19.根据权利要求1所述的地面照明系统，其特征在于：所述第一角度小于15度。
20.根据权利要求19所述的地面照明系统，其特征在于：所述第一角度为5度-7度。
21.根据权利要求1所述的地面照明系统，其特征在于：所述第二角度小于5度。
22.根据权利与要求1所述的地面照明系统，其特征在于：还包括安装在所述主体(17)上的导电线圈(30)以及与所述线圈(30)相连的电子电路，所述电路被配置成从所述线圈(30)中由所经过的车辆感应产生的电流中收集能量。
23.根据权利要求1所述的地面照明系统，其特征在于：还包括用于感测由所述光源(12)所发射的光的强度的传感器(44)以及响应所述传感器(44)以用于调节所述光源(12)的电力以将所述光强度保持在预定范围内的反馈装置。
24.根据权利要求1所述的地面照明系统，其特征在于：还包括用于感测所述系统接收到的来自于其周围环境的光的强度的主传感器(82)，以及响应所述主传感器(82)以用于调节所述光源(12)的电力以将所感测到的光强度保持在预定范围内的反馈装置(80)。
25.根据权利要求24所述的地面照明系统，其特征在于：所述光源(12)发出光脉冲，其中，所述主传感器(82)优先检测所述脉冲光，或者，所述反馈装置(80)优先响应于所述脉冲光以将环境的光与由所述光源(12)所发出的光以及由周围环境所反射的光区分开来。
26.根据权利要求25所述的地面照明系统，其特征在于：所述反馈装置包括带通滤波器，以优先响应于所述主传感器(82)以所述脉冲频率输出的信号。
27.根据权利要求24-26中任意一项所述的地面照明系统，其特征在于：所述主传感器(82)感测在第一波长范围内的光；还包括用于感测所述系统从其周围环境中接收到的第二波长范围内的光的辅传感器(84)，以及用于对比所述主和辅传感器(82,84)的信号以检测所述系统环境中雾的存在的装置。
28.根据权利要求1所述的地面照明系统，其特征在于：所述光学块(9)的光学表面绕垂直于所述地平面(8)的轴线具有圆对称性。
29.一种装置，包括其安装在地平面(8)上的权利要求1所述的地面照明系统，还包括应用于所述地平面上的、由所述系统照亮的反射标记(26)。
30.根据权利要求29所述的装置，其特征在于：所述反射标记(26)由可被所述照明系统充电的磷光材料形成。
31.根据权利要求30所述的装置，其特征在于：所述反射标记(26)由反射材料图案形成，所述反射材料的密度随着与所述照明系统之间的距离发生变化以在所述标记区域提供基本均匀的反射光水平。
32.根据权利要求31所述的装置，其特征在于：所述反射材料(26)包括均匀区域的元件，其中，所述反射材料的密度随着所述元件的间距的变化而发生改变。
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