CN1143920C - 具有改进的日间可见度的道路标记 - Google Patents

Abstract

一种具有改进的日间可见度的道路标记(10)，它包括：一个具有平滑的平行顶表面和底表面(43、46)的透明荧光顶部(40)，在所述顶表面和底表面(43、46)之间具有一个前缘(47)和覆盖底表面(46)的主要部分的空气界面。由顶部(40)的平滑顶表面(43)接收的光线被向内引导穿过顶部(40)，并且从前边缘(47)发出，从而为行驶过来的车辆上的司机提供明亮的日间信号。

Description

具有改进的日间可见度的道路标记

                        技术领域

本发明涉及一种道路标记，其用于安装到路面上且可以提高日间可见度，同时在夜间提供可视信号。

                     发明背景

道路标记(即路标)已经被广泛用作提供可视信号的装置，所述可视信号用于与传统的喷涂交通线相结合或代替传统的喷涂交通线对车道进行标记并控制道路上的车流。大量这样的标记采用了后向反射器，所述后向反射器反射从行驶过来的车辆发出的光，以便尤其是在夜间向所述行驶过来的车辆的驾驶者提供一个可视信号。

通常，道路标记包括一个牢固固定在相关道路表面上的基础部件；和一个安装在基础部件上或形成基础部件的一部分的反射信号装置。在此，转让给本受让人的基本美国专利3,332,327中所公开的内容被结合进来作为参考。如其所公开的那样，基础部件可以是具有立方隅角元件的模制塑料外壳。一些道路标记是准备永久安装在路面上的。这包括那些被本受让人出售的型号为Stimsonite Model 948和Stimsonite Model 953的标记。道路标记还可被用于勾勒道路施工区的轮廓。这种标记包括被本受让人出售的型号为Stimsonite Model66的标记，其用于临时安装在施工区。Stimsonite Model 88型阳光地带标记也可被用于更为永久地安装在施工区。在美国专利5,078,538和5,403,115中也公开了作为现有技术的道路标记，这两个专利均被转让给了本受让人，它们在此一并结合起来作为参考。也可获得其它制造商的其它道路标记。

在现有技术的这些道路标记中，道路标记的塑料外壳通常具有适于作为标记的不透明的颜色。例如用于放置于白色分道线上或代替白色分道线的标记可以采用白色的塑料，用于放置在黄色分道线上或代替黄色分道线的标记可以采用黄色的塑料，而用于临时安置在道路施工区中的标记可以是黄色的或白色的。

这些标记用于通过将从车辆前照灯而来的光线反射给司机，以增强夜间的可视性，而如果这些标记可以增强日间的可视性，则会更加令人满意。一个凸起的道路标记的上表面和侧表面不易被行驶过来的车辆的司机看到，这是因为这些表面相对于司机视线方向成一个高度倾斜的角度。因此，日间可视性必须主要由司机易于看到的标记的前表面来提供。然而，标记前表面的主要部分被后向反射器所占用，由于光学原因，其在白天看起来几乎是黑色的。因此，需要提供一种安装在道路表面上并与现在可以获得的或现有技术中所描述的那些标记相比可以提供更高的日间可见度的道路标记。特别是，需要提供一种具有改进的日间可见度并且适用于道路施工区中的道路标记。

                        发明概述

根据本发明，一种道路标记包括：一个具有一顶部和一底部的基础部件，所述底部具有一个适于被固定到道路表面上的底表面，所述顶部具有一个平滑的顶表面、一个与所述顶表面基本平行的平滑的底表面和至少一个位于所述顶表面和所述底表面之间的边缘表面，顶部的底表面被固定在基础部件的底部，从而在基础部件顶部的至少一部分和底部的至少一部分之间具有一个空隙，基础部件的顶部由透明的荧光树脂材料制成。已经发现，由基础部件顶部的平滑顶表面接收的光被直接向内透过顶部并从顶部的边缘表面发射出去，从而为行驶过来的车辆上的司机提供一个极其明亮的日间信号。基础部件的底部也可以是透明的荧光树脂材料，或者可以选择任何不透明的颜色。在一个优选实施例中，该道路标记还包括一个安装在基础部件上的后向反射器，以便为行驶过来的车辆上的司机提供夜间的可视性。当本发明的标记被用在道路施工区环境中时，顶部平坦部分优选采用例如在表示施工区的道路信号中通用的透明的橙色荧光。

                    附图的简要说明

参考附图可以更完整地理解本发明。

图1是本发明的道路标记的一个实施例的分解图；

图2是本发明的一个替代实施例的顶部的透视图；

图3是沿图2中3-3线的剖视图。

                  优选实施例的详细说明

参考图1，道路标记10包括一个基础部件12，该基础部件12包括一个底部14和一个顶部40。底部14具有纵向侧壁16、17，各侧壁可选择地设有凹槽19、20。底部14进一步包括一个适于在其上安装一个信号装置24的前表面22，所述信号装置例如为一个立方隅角后向反射器(未示出立方隅角元件)。应当理解，如果标记需要能够被从沿相反方向驶来的车辆看到，则需要在与前表面22纵向相对的另一个表面23上设有另一个信号装置。底部14进一步包括一个其中设有多个孔32的顶部平坦表面。在图示实施例中，所述孔为六边形，并且布置成“蜂窝”图案，当然，本发明不限于图示的实施例。基础部件12的底部16还包括一个未示出的底表面，其适于例如利用适当的粘结剂粘附到道路表面上。

基础部件12的顶部部分40包括一个平滑顶表面43、一个与所述顶表面43大体平行的平滑底表面46和一个位于所述顶表面43和所述底表面46之间的前边缘表面47。可选择的横向凸起翼49、50具有一定尺寸，并且位于顶部40上，以便当底部14和顶部40被组装到一起时使其延伸越过凹槽19、20。顶部40由透明的荧光树脂制成。

顶部40例如通过焊接被组装到底部14上，所述焊接在预定位置上或以预定方式进行，以便大致在顶部40的底表面46和底部14的顶表面30之间提供一个空隙(或气隙)，并仍然保持顶部40固定在底部14上；定位焊或线焊可被用于此目的。可以看出，孔32确定了底表面46将与空气接触的表面区域。

在这种结构中，顶部40表现出“边缘辉光”现象。进入包含荧光着色剂的透明顶部40的平滑顶表面43的光线在顶部40内激发出荧光。如在光学技术中所知的那样，对于将两个光学介质分开的界面，将“临界角”定义为当光线被完全反射时在折射率较大的介质中的最小入射角。或者，“临界角”也可以定义为光线离开该介质的最大入射角。荧光放射是球形的。在球体中，形成以小于临界角θ_c的入射角与透明顶部40的平坦表面43和46交汇的光线双锥区。双锥区外的球体部分的体积为cosθ_c，代表防止从顶部40的表面43和46逃逸出去的全内反射(TIR)的那部分荧光。全内反射是理想的介电表面反射能力，其可以产生于透明材料和空气之间的界面上，从而使在材料中运动并与所述界面相遇的光线被内反射，并从而保留在材料中。

双锥区外侧的光线中发生全内反射的部分为cosθ_c，对于特定的材料可以被定义为：

${\cos \mathrm{\θ}}_c=\frac{\sqrt{n^2-1}}{n}$

其中n是材料的折射率。例如，丙烯酸的折射率为1.49，其临界角可计算为θ_c＝42.16°，并且cosθ_c＝0.74。换句话说，对于由丙烯酸材料制成的顶部40而言，74％的发射荧光在平滑表面43和46处的固体/空气交界面上将发生全内反射，并且将从这些界面返回到顶部40中。

由于顶部40具有光滑且平行的顶部平面43和底部平面46，所以荧光将借助全内反射继续反射并且再反射，直到其到达边缘表面为止；即，当顶部40被构造成一个具有光滑的平行面的平板时，顶部40作为一个光管，用于将从其顶表面43入射的光线所产生的顶部40中的荧光引导向包括边缘表面47的边缘表面。假设边缘表面47基本上垂直于平滑表面43、46，则对于大多数预先捕获的光线而言，该边缘处的光线入射角将小于90-θ_c。当顶表面43的表面面积增加时，将接收更多的光线，产生更多的荧光，并且更多的光线将被引向包括边缘表面47的边缘表面。与现有技术中的不透明的道路标记相比，可通过边缘表面47发出的光为行驶过来的车辆上的司机提供一个更加明亮的日间信号。

边缘表面47可以是竖直的，或者可以相对于竖直线倾斜大约±60°。边缘表面47的结构(包括其相对于竖直线的倾斜角度)可以选择成使从边缘表面47发出并将要被向后引向行驶过来的车辆上的司机的光的量最大化。有用的光的角度将大约在-3°(向下)至+5°(向上)之间。为使从边缘发出的有用的光最大化所进行的角度选择可以依据下述因素而定，例如，顶部40和底部14之间的焊接数目和位置、底部的颜色等。底部14可以是与顶部40相同的透明橙色树脂，或者底部14可以是不透明的，例如不透明的橙色或白色。一般认为，不透明的底部14更为有利，因为通过顶部40的一定百分比的光在底表面46处将不通过全内反射被反射，而是例如在没有空气界面的焊点等处穿过底表面46。如果底部14是不透明的，则大量的光线将反射回顶部40中，并且因此可能被“管式输送”出边缘表面47。可以证明，一个采用橙色荧光的顶部40、不透明的白色底部14和相对于竖直线以大约30°向下倾斜的边缘表面47的实施例与具有竖直边缘表面47的实施例相比，可以提供从边缘表面47发出的更大量的有用光，即，更大量的光在大约-3°至+5°角之内发出，以便可以被行驶过来的车辆上的司机看到。

白色不透明底部14预期可提供一个附加的优点，即，将穿过顶部40的蓝光和绿光(或许还有紫外光)反射回顶部40中，以便可以有第二次机会激发其中的荧光。

在本发明的底部14是透明的橙色荧光的那些实施例中，纵向侧壁16和17也可以按照与顶部40相同的方式作为具有前缘辉光的光管装置。这可以通过在底部14内建立大致平行于纵向侧壁16、17的外表面并且与纵向侧壁16、17等距离的空气界面。照射到纵向侧壁16、17的外表面上的日光可以通过光管导向与信号装置24横向相邻设置的纵向侧壁16、17的朝前的表面54、56，并且从该处发出，以增强标记10的日间可视性。例如，在图示的实施例中，优选地不带有可供选择的凹槽19、20，并且纵向侧壁16、17可以收集大约占顶部40的日光总量1/3的光线，从而使标记10的总的前缘辉光增加大约1/3。例如通过改变纵向侧壁16、17和前表面54、56的结构，可以使由纵向侧壁16、17收集且被作为前缘辉光在表面54、56上发出的光的量最优化。

本发明的道路标记可以被制成例如用于单行道的单行道标记，其中所述标记用于仅在一个方向上提供有用的光；或者，所述标记可以被制成例如用于具有双向车流的道路的双行道标记，其中该标记用于在相对的两个方向上提供有用的光。如果道路标记10用作双行道标记，假设需要所述标记在两个方向上具有相同的照明特性，则与边缘表面47纵向相对设置的边缘表面48可以与边缘表面47对称地构成。如果标记10用于单行道标记，则边缘表面48不需要具有任何发光特性。在这种情况下，可以使边缘表面48形成为在相邻的面之间具有90°夹角的锯齿形边缘。这将使得否则将穿过边缘表面48的光中的最有用部分被全内反射回边缘表面47，因此增强了标记相对于行驶过来的车辆上的司机的亮度。无论所述标记是单行道标记或双行道标记，侧边缘表面51和53均可以设有变形的锯齿结构，从而使否则将通过这些侧边缘表面损失掉的光线可以被再次引导回顶部40中，在其中这些光线随后可以作为行驶过来的车辆上的司机能够看到的有用的光通过边缘表面47发出。也可以对锯齿形边缘进行金属喷镀。

在本发明的一些实施例中，可能希望在顶部40的顶表面43上粘结一薄玻璃层或施加一个耐磨涂层，以便使顶表面43的刮伤或磨损最小化，这种刮伤或磨损会降低可以使本发明产生明亮信号的全内反射。

顶部40不仅可以作为用于入射到顶表面43上的光的光管，而且可以作为用于从标记中、例如从一个发光二极管(LED)发出的光的光管。因此，一个位于底部14主体中的LED可以被连接到顶部40上，从而根据标记装置的功能用途，既可引导光线从边缘表面47发出，又可引导光线从两个边缘表面47和48发出。

                       实例

图1所示的道路标记由含有可以从Clariant，MasterbatchesDivision，of McHenry，Illinois获得的重量百分比为2％的ORC-24347-A型橙色荧光着色剂的丙烯酸树脂制成，其顶部被焊接到底部底部上。顶部的横向尺寸大约为8.0厘米，纵向尺寸大约为6.4厘米，厚度大约为0.35厘米。顶部和底部之间的正六边形焊接图案占顶部底表面的大约40％。当在隆冬时节的日间放置到路面上并且以大约60英尺的间隔布置时，该标记可提供至少大约300英尺的良好的道路导航。与夜间反光不同，标记的日间发光强度不随距离而发生变化。表观亮度以与标记的距离的平方成比例地减少，但是标记的角接近程度也以与从一个标记到下一个标记的距离的平方成比例地减少。因此，可以看到一个很长的标记线。

在图2、3所示的本发明的一个替代实施例中，顶部140可以采用双层结构，它具有一个可透光的荧光顶层70和一个可透荧光或不透明的底层80。顶层70具有一个相对于道路表面成一预定角度的前边缘表面147以及充分光滑的顶表面(即光接收表面)143和底表面146。顶层70和底层80的结构和尺寸使得当它们被组装起来时在它们之间具有多个空隙。例如，如图2中的假想线和图3中的实线所示，底层80可以具有多个几乎沿着其整个长度延伸且部分穿过其深度的槽或通道82。顶层70和底层80可以通过焊接或其它已知的方式组装到一起，以便形成顶部140。然后，顶部140可以通过环氧粘合剂或其它已知的方式附加到一个可以作为反光元件的相应的底部上，以便形成最终的改善了日间可视性的道路标记。在这样的结构中，双层结构的顶部140作为一光管，以将入射到顶表面143上的光线通过前边缘表面147引导出顶层70。如上所述，顶层70的边缘表面可以设有锯齿形边缘和或被金属喷镀，以便有利于将入射的光线再次引导穿过前边缘表面147。

所述的本发明的道路标记是橙色荧光型的，这种颜色在美国用于指示施工区。其它的荧光颜色也可用于本发明的道路标记。例如，黄-绿荧光可以用于勾绘校园区或在其它国家中勾绘施工区。粉红色或紫红色荧光标记可以用于勾绘特殊的交通道路，例如收费高速路的收费亭处的电子通道。

在此所进行的描述被认为是本发明的优选实施例，但应当理解，可以对这些优选实施例进行各种改变而不脱离在此所述的本发明的范围。

Claims (29)

1、一种道路标记，用于在相关道路表面上提供可以被行驶过来的车辆上的司机看到的信号，它包括：

一个适于安装到相关道路表面上的底部，和

一个适于安装到所述底部的顶端的顶部，当所述顶部被安装到所述底部上时在所述顶部和底部之间形成一个空隙，所述顶部具有一个前边缘表面，所述顶部包括可以透射光的荧光树脂材料，

由所述顶部接收的光被通过所述顶部引导向所述前边缘表面，并从所述前边缘表面发出，以便为行驶过来的车辆上的司机提供一个可视信号。

2、如权利要求1所述的道路标记，其特征在于，所述底部具有多个与顶部相邻的孔，以便在所述顶部和底部之间建立一个空隙。

3、如权利要求1所述的道路标记，其特征在于，通过焊接将所述顶部安装到所述底部上。

4、如权利要求1所述的道路标记，其特征在于，所述顶部具有平滑的相对顶表面和底表面。

5、如权利要求1所述的道路标记，其特征在于，它进一步包括一个后向反射元件。

6、如权利要求1所述的道路标记，其特征在于，所述底部包括可透射光的荧光树脂材料。

7、如权利要求6所述的道路标记，其特征在于，所述底部包括朝前的表面，由所述底部接收的光通过该朝前的表面发出。

8、如权利要求1所述的道路标记，其特征在于，所述顶部由丙烯酸材料构成。

9、如权利要求1所述的道路标记，其特征在于，所述顶部的所述前边缘表面大体为竖直的。

10、如权利要求1所述的道路标记，其特征在于，所述顶部的所述前边缘表面以一个预定的角度倾斜。

11、如权利要求10所述的道路标记，其特征在于，所述顶部的所述前边缘表面以大约30°的角度向下倾斜。

12、如权利要求1所述的道路标记，其特征在于，所述底部由一不透明材料构成。

13、如权利要求12所述的道路标记，其特征在于，所述底部由一不透明的白色材料构成。

14、如权利要求1所述的道路标记，其特征在于，所述顶部进一步包括一个与所述前边缘纵向相对设置的后边缘表面，从而由所述顶部接收光的一部分被引导通过所述顶部并从所述后边缘表面发出，以便为从后方逐渐接近该标记的车辆上的司机提供信号。

15、如权利要求1所述的道路标记，其特征在于，所述顶部进一步包括一个与所述前边缘纵向相对设置的后边缘表面，所述后边缘表面将光线再次引导向所述前边缘表面，以便穿过其发出。

16、如权利要求15所述的道路标记，其特征在于，所述后边缘表面将光线再次引导向所述前边缘表面，以便穿过其发出，所述后边缘表面为在相邻面之间的夹角大约为90°的锯齿形边缘表面。

17、如权利要求16所述的道路标记，其特征在于，所述顶部的所述后边缘表面被金属喷镀。

18、如权利要求1所述的道路标记，其特征在于，所述顶部进一步包括一个或更多在所述前边缘表面和一个后边缘表面之间延伸的侧边缘表面，所述一个或更多侧边缘表面将光线再次引导向所述顶部的内部。

19、如权利要求18所述的道路标记，其特征在于，所述一个或更多侧边缘表面为在相邻面之间的夹角大约为90°的锯齿形边缘表面。

20、如权利要求19所述的道路标记，其特征在于，所述一个或更多侧边缘被金属喷镀。

21、如权利要求1所述的道路标记，其特征在于，所述顶部具有一个设有耐磨涂层的顶表面。

22、如权利要求1所述的道路标记，其特征在于，所述顶部具有一个设有一玻璃层的顶表面。

23、如权利要求1所述的道路标记，其特征在于，它进一步包括一个位于所述底部中并与所述顶部相连接的发光二极管，从而将来自所述发光二极管的光通过所述前边缘表面发出。

24、如权利要求1所述的道路标记，其特征在于，所述底部在其任一侧上设有凹槽，并且所述顶部延伸过所述凹槽，以便提供一个有利于保持所述道路标记的结构。

25、一种道路标记，用于在相关道路表面上提供可以被行驶过来的车辆上的司机看到的信号，所述标记包括一个基础部件，该基础部件包括：一个适于粘附在道路表面上的底部；一个由可透射光的荧光树脂材料构成的构件，所述构件具有一个顶表面和一个前边缘表面，并位于所述底部上方；一个位于所述底部之上和所述由可透射光的荧光树脂材料构成的构件之下的空隙；由所述顶表面接收的光被引导穿过所述构件，并且通过所述前边缘表面发出，以便为行驶过来的车辆的司机提供信号。

26、如权利要求25所述的道路标记，其特征在于，所述基础部件包含一个顶部，该顶部包含所述由可透射光的荧光树脂材料构成的构件，所述空隙位于所述顶部和所述底部之间。

27、如权利要求25所述的道路标记，其特征在于，所述基础部件包含一个顶部，该顶部具有一个包含所述由可透射光的荧光树脂材料构成的构件的层和另一个层，所述空隙位于所述层之间。

28、一种道路标记，用于在相关道路表面上提供可以被行驶过来的车辆上的司机看到的信号，它包括一个基础部件，该基础部件包括：

一个适于安装到相关道路表面上的底部，和

一个适于安装到所述底部的顶端的顶部，所述顶部包括一个由可透射光的荧光树脂材料构成的顶层和一个底层，所述顶层具有一个光接收表面和一个前边缘表面，所述顶部被构造成使得在所述顶层和所述底层之间具有一个空隙，从而由所述顶表面接收的光线被引导通过所述顶层，并且通过所述前边缘表面发出，以便为行驶过来的车辆上的司机提供信号。

29、如权利要求28所述的道路标记，其特征在于，所述底部在其任一侧上设有凹槽，并且所述顶部延伸越过所述凹槽，以便提供一个有利于保持所述道路标记的结构。

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