Flächenförmiger Lichtrückstrahler. Die vorliegende Erfindung bezieht sieh auf einen flächenförmigen Lichtrückstrahler, der Liehtstrahlen, die unter einem nicht zu grossen Einfallswinkel auf ihn auffallen, zum grossen Teil in die Einfallsrichtung zurück reflektiert.
Die an einem Rüekstrahler dieser Art auf tretende Umkehrstrahlung unterscheidet sich prinzipiell von der Reflexion an spiegeln den Oberflächen, an welchen Liehtstrahlen entsprechend demn Reflexionsgesetz reflektiert werden, und von der Reflexion an diffus reflektierenden Oberflächen, die auffallende Lichtstrahlen nach allen Richtungen zer streuen.
Strassensignale und Markierungen mit Umkehrstrahlung besitzen nachts für die Insassen eines sich nähernden Fahrzeuges eine grössere Siehtbarkeit als gewöhnliche Si gnale und Markierungen, da das an ihnen reflektierte Licht zu einem schmalen Kegel konzentriert wird, welcher sieh automatisch auf die Scheinwerfer und die Insassen des Fahrzeuges riehtet, und deshalb eine kleinere Menge des reflektierten Liehtes ausserhalb des Gesiehtsfeldes fällt.
Bekannt sind Lichtrückstrahler, die eine Schicht kleiner durchsichtiger Kugeln und eine unter Erzeugung einer Umkehrstrahlung mnit den Kugeln zusammenwirkende reflektie rende Fläche aufweisen, jedoch keine glatte, sondern eine durch eine grosse Zahl kleiner Linsenelemente zusammengesetzte Vorder fläche besitzen. Man hat auch schon durch- siehtige Filme oder Platten verwendet, welche über diese Vorderfläche gelegt wurden. Da durch wurde keine Änderung der Linsenwir kung der Kugeln bewirkt, da die letzteren weiterhin mit unter dem Film oder der Platte eingeschlossener Luft in Berührung blieben. Derartige durchsichtige Filme oder Platten waren dazu bestimmt, den Rückstrahler gegen Witterungseinflüsse zu sehützen oder ein far biges Liehtfilter zu bilden.
Die eingeschlossene Luft verursachte jedoch Komplikationen. Es ist sehwierig, die Ränder so abzudichten, dass keine Feuchtigkeit und kein Staub eindrin gen kann. Überdies besteht bei Verwendung von steifen und spröden Platten (wie z. B. Glasplatten) Bruchgefahr, abgesehen von weiteren Schwierigkeiten, die sich bei der Herstellung von Signalen und Markierungen ergeben. Biegsame Filme weisen den Nachteil auf, dass sie sich verziehen und werfen und leieht ablösen.
In gewissen Fällen wurde auch direkt. über der Kugelsehicht ein durehsiehtiger Über zug aufgebracht, der dazu bestimmt war, als Wetterschutz oder als Farbfilter zu dienen.
Ein derartiger Überzug musste jedoch eine sehr kleine und gleichmässige Dicke aufweisen, ansogst die gewünschte tinsenwirktmg auf gehoben wurde, da. diese durchsichtigen Über züge Brechungsindizes aufweisen, die ange nähert. gleich denjenigen des zur Herstellung der Kugeln verwendeten Glases waren. Es wurden gewöhnlich Kugeln mit einem Durch messer voll etwa 0,25 nun oder weniger ver wendet.
Für den genannten Zweck konnten nur sehr dünne Überzüge verwendet werden, da beim Aufbringen von verhältnismässig dik- ken Überzügen die erforderliche linsenraster artige Oberflächenstruktur verlorengegangen wäIre.
Lichtriiekstrahler mit aus einer Schicht kleiner Kugeln bestehenden, z. B. linsenraster- förmigen Vorderflächen weisen gewisse un erwünschte Eigenschaften auf. So wird bei spielsweise diel Licbtbreehung durch Wasser, das durch Regen, Spritzwasser und Nebel auf der linsenrasterförnmigen Oberfläche nieder- igeschlagen wird, verändert, wodurch die Um- kehrstrahlttng und infolgedessen die Sicht barkeit voll Signalen und Markierungen, die mit solchen Lichtrückstrahlern ausgestattet sind, erheblich vermindert werden.
Eine die linsenrasterförmige Oberfläche bedeckende Wasserschicht verhindert die Umkehrstralh- lung granz oder fast gänzlich, wodurch das Signal bzw. die Markierung unsichtbar wird, sofern nicht eine genügend starke Beleuch tung vorhanden ist, unim das Signal bzw. die Markierung, in anderer W'eise sichtbar zu machen. Je kleiner die Kugeln sind, desto stärker tritt diese Wirkung in Erscheinung. Wenn ein Teil der Kugeloberflächen frei der Atmosphäre ausgesetzt ist, so ist die Wahl des zur Herstellung der Kugeln verwendeten Materials gewissen Einschränkungen unter worfen. Das Kugelmaterial darf z.
B. weder weich, zerbrechlich noch wasserunbeständig seilt, ansonst sich im Freien eine Beschädi gung der freiliegenden Oberflächenteile der Kugeln und infolgedessen eine Veränderung ihrer Linseneigenschaften einstellt. Ausserdem ist auch die Verbindungsstelle zwischen dem Bindemittel und den Kugeln auf der der Atmosphäre zugekehrten Seite den Witte rungseinflüssen ausgesetzt, so dass Feuchtig keit eindringen und die Bindung schwächen kann, falls nicht ein Bindemittel verwendet wird, das speziell im Hinblick auf die Ver meidung dieser Wirkung ausgewählt wurde. Somit unterliegt auch die Wahl des Bindemit tels einer gewissen Einschränkung.
Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile zu belheben. Der flächenfömnige Lichtrüek- strahler, der Lichtstrahlen, die unter einem nicht zu grossen Einfallswinkel auf ihn auf fallen, zum grossen Teil in die Einfallsrich tung zurüclkreflektiert, zeichnet sieh gemäss der Erfindung aus durch eine Lage kleiner durchsichtiger Kugeln, unter welchen eine lichtreflektierende Fläche angeordnet ist und welche mindestens mit ihrem obern Teil in einer ununterbrochenen, durchsichtigen, festen Sclhicht fmnit glatter Vorderfläche eingebettet sind,
wobei der Brechungsindex der Kugeln mindestens 1,15mal so gross ist wie derjenige dieser durchsichtigen Schicht.
Es ist zwecknmiissig, durchsichtige Kugeln mit einem Brechungsindex zu verwenden, der 1,3 bis 2mal so gross ist wie derjenige der genannten durchsichtigen, festen Schicht. Zur Erzielung einer optimalen Helligkeit der Um kehrstrahlung ist es zweckmässig, wenn zwi schen den Kugeln und der darunterliegenden reflektierenden Fläche ein Abstand besteht, dessen Grösse vom Verhältnis der Brechungs indizes voll Kugeln und durchsichtiger, fester Schicht abhängt. Mit einem Brechungszahlen verhältnis von 1,15 wird eine optimale Hellig keit erzielt, wenn der Abstand zwischen der reflektierenden Fläche und der Rückseite einer Kugel ungefähr gleich dein Kugeldurch inesser ist.
Dieses Abstandsverhältnis nimmt niit zunehmendem Breebungszahlenverhältnis ab und nähert sich Null, wenn das letztere sieh 1,9 nähert. Dabei ist vorausgesetzt, dass das zwischen der reflektierenden Fläche und den Rückseiten der Kugeln befindliche durch sichtige -Material angenähert den gleichen Breellungsindex wie die durchsichtige, feste Schicht aufweist, was jedoch nicht notwen digerweise so sein muss.
Zur Erzielung eines verweildbaren Rückstrahlers inuss auch nicht unbedingt. ein Abstandsverhältnis vorhanden sein, das eine optimale Helligkeit der Umkehr reflexion liefert. Der Abstand kann auch Null betragen, wenn das Breehungszahlenver- liältnis grösser- oder kleiner als 1,9 ist. Ausführungsbeispiele des Erfindungs gegenstandes sind in der Zeichnung darge stellt, und zwar zeigen: Fig. 1 bis 7 stark vergrösserte Schnitte von sieben verschiedenen Ausführungsbeispielen des Lichtrückstrahlers.
Fig. 8 zeigt schematisch einen Lichtrück strahler und den Lichtkegel, der gegen die Quelle eines nicht senkrecht auf den Rück strahler auftreffenden Lichtstrahlenbündels zurückgeworfen wird.
Die schematischen Darstellungen in Fig.1 bis 7 sind nicht wahre Schnitte, da die Ku geln in grösserem Abstand voneinander liegen, als dies in Wirklichkeit der Fall ist, und jeder Kreis einen vollen Umfang darstellt, so als wären die Kugeln reihenweise angeordnet, während sie im allgemeinen in Wirklichkeit unregelmässig angeordnet sind.
Fig. 1 zeigt einen Lichtrückstrahler, der eine Unterlage 10 mit lichtreflektierender Oberfläche aufweist. Über dieser reflektieren den Oberfläche ist eine durchsichtige Trenn- sehieht 11 angeordnet, über welcher eine Bindemittelschicht 12 liegt, in welcher eine Lage kleiner durchsichtiger Kugeln 13 teil weise eingebettet. ist, so dass die untern Teile der Kugeln die darunterliegende Trennschicht 11 praktisch berühren und die obern Teile der Kugeln aus der Bindemittelschicht 12 her ausragen. Durch die Trennschicht 11 und die Bindemittelschicht werden die Kugeln in einem bestimmten gleichmässigen Abstand von der Rückseite der Trennschicht 11 und so mit von der reflektierenden Oberfläche 20 der Unterlage 10 festgehalten.
Über den Kugeln 13 und der Bindemittel schicht 12 ist eine ununterbrochene, feste, durchsichtige Schicht 14 angeordnet, die eine glatte Vorderfläche 21 aufweist, und in der die Kugeln mit ihrem obern Teil eingebettet sind, so dass die Kugeln eingeschlossen sind und mit der Luft nicht in Berührung kom men. Auf diese Weise sind die Kugeln vorn und hinten von durchsichtigem, festem Ma terial umgeben, wobei die Vorderfläche 21 des Lichtrückstrahlers glatt ist. Der Brechungsindex der Kugeln ist we sentlich grösser als derjenige der durchsich tigen Schnitt 14, mindestens 1,15mal grösser, so dass die Kugeln ihre Funktion als Konvex linsen richtig ausüben können und die erfor derliche Brechung der einfallenden und aus fallenden Lichtstrahlen zustande kommt.
Durch Kombination dieser Brechung mit der Reflexion der durch die Kugeln fallenden Lichtstrahlen an der reflektierenden Unter lage 10 kommt die gewünschte Umkehrreflexion zustande.
Es sei zuerst ein Grenzfall betrachtet, bei welchem die Kugeln von einem optisch homo genen durchsichtigen Medium von einheit lichem Breehungsindex umgeben sind, das heisst dass die Trennschicht 11, die Binde- mitteisehieht 12 und die Schicht 14 praktisch gleiche Brechungsindizes besitzen. Die durch kombinierte Breehungs- und Reflexionsvor gänge zustande kommende Umkehrstrahlung ist in Fig.l für parallel einfallende Licht strahlen veranschaulicht.
Die senkrecht (Ein fallswinkel gleich Null) auf die Vorderfläche 21 einfallenden parallelen Strahlen a. durch dringen die durchsichtige Schicht 14 ohne ge brochen zu werden, treffen dann auf die Vor derseite der durchsichtigen Kugel auf und werden gegen den Mittelstrahl gebrochen, so dass sie (infolge des höheren Brechungsindexes der Kugel) auf ihrem Weg zur Rückseite der Kugel konvergieren. Beim Übertritt von der Rückseite der Kugel in die durchsichtige Trennsehieht 11 werden die konvergenten Strahlen erneut. gegen den Mittelstrahl gebro- ehen, so dass die Konvergenz verstärkt wird.
Alle Strahlen treffen die reflektierende Fläche 20 der Unterlage 10 in der Nähe des Punktes, in welchem der Mittelstrahl die Fläche 20 schneidet. Wenn die Kugel im richtigen Ab stand von der reflektierenden Fläche 20 an geordnet ist, so werden die meisten Licht strahlen an dicht beieinanderliegenden Stel len auf die reflektierende Fläche 20 auftref fen, wenn es auch keinen Abstand gibt, bei welchem die Lichtstrahlen in einem wahren Brennpunkt zusammenlaufen, selbst wenn die Kugel in geometrischem Sinne vollkommen wäre,
und zwar infolge der sphärischen Ab erration, die sehr beträchtlich ist. Der opti male Abstand ist jener, bei welchem die auf die reflektierende Fläche 20 auftreffenden Lichtstrahlen eine winzige Lichtscheibe von minimalem Durchmesser bilden. Dieser Durch messer ist sehr klein im Vergleich mit dem Kugeldurchmesser, und die Scheibe kann des halb praktisch als Punkt betrachtet werden.
Die auf die reflektierende Fläche 20 auf treffenden Strahlen werden in Form eines Kegels divergierender Strahlen reflektiert. Wenn die reflektierende Fläche 20 spiegelnd ist (z. B. eine polierte Metalloberfläche) und der Abstand zwischen den Kugeln und dieser Fläche den optimalen Wert aufweist, so fällt der reflektierte Strahlenkegel ungefähr mit dem auftreffenden Strahlenkegel zusammen. Eine nichtspiegelnde, diffus reflektierende Oberfläche (wie z. B. die Oberfläche eines pigmentierten Anstriches) wird einen brei teren Strahlenkegel ausstrahlen, wobei ein grosser Teil der Strahlen nicht mehr in die Kugel gelangen kann. Die auf die Hinterseite der Kugeln auftreffenden Strahlen des reflek tierten Strahlenkegels werden an der Kugel oberfläche dem Lote zu gebrochen, wodurch die Divergenz verringert wird.
An der Vor derseite der Kugel werden die Lichtstrahlen beim Übertritt in die durchsichtige Schicht 14 vom Lote weg gebrochen, so dass die Diver genz der aus der Vorderfläche 21 der Schicht 14 austretenden Strahlen nur noch gering ist. Die Strahlen treten indessen nicht als Bündel paralleler Strahlen aus, und zwar nicht nur wegen fabrikationsbedingter Unvollkommen- heiten im Aufbau des Lichtrückstrahlers, son dern auch wegen der sphärischen Aberration, die die Entstehung eines vollkommenen Brennpunktes auf der reflektierenden Fläche 20 auf jeden Fall verhindert. Die in Rich tung auf die Lichtquelle zurückgeworfenen Strahlen bilden einen Lichtkegel mit kleinem Öffnungswinkel.
Die Divergenz der zurück geworfenen Strahlen kann vergrössert werden, indem man den Abstand zwischen den Kugeln und der reflektierenden Fläche 20 etwas klei ner oder grösser als das Optimum macht. Die Erhöhung der Divergenz wird dann von Vor teil sein, wenn ein Beobachter sich nicht in nächster Nähe der Achse des einfallenden Lichtstrahlenbündels befindet, obwohl hier durch die Helligkeit des zurückgestrahlten Lichtes, gemessen an einer nahe an der Achse gelegenen Stelle eine Verminderung erfährt.
Fig.1 zeigt auch den Verlauf von geneigt zur Vorderfläche 21 einfallenden Lichtstrah len. Die parallelen Strahlen b treffen unter einem Winkel zur Normalen auf die Vorder fläche 21 der Schicht 14 auf und werden beim Übertritt in die Schicht 14 gebrochen, so dass sie unter einem kleineren Winkel zur Nor malen auf die Ebene des Lichtrückstrahlers auf die Kugel auftreffen. Diese Verringerung des Einfallwinkels der auf die einzelnen Ku geln auftreffenden Strahlen ist ein wichtiges Merkmal, das gegenüber bekannten Rückstrah lern, bei welchen die einfallenden Strahlen direkt auf die einzelnen Kugeln auftreffen, einen wesentlichen Vorteil bedingt.
Besitzt beispielsweise die Schicht 14 einen Brechungs index von 1,48, so werden Lichtstrahlen, die unter einem Winkel von 30 zur Normalen auf die glatte Vorderfläehe 21 der Schicht 14 auftreffen, so gebrochen, dass sie unter einem Winkel von 20 zur Normalen auf die Ku geln auftreffen, und dass infolgedessen etwa die gleiche Wirkung wie mit Lichtriiekstrah- lern, bei welchen die Kügelchen teilweise Freiliegen, erzielt wird, wenn die direkt auf die letzteren auffallenden Lichtstrahlen unter einem Winkel von 20 einfallen.
Die Helli,'- keit der Riiekstrahlung für einen in der Nähe der Achse des einfallenden Lielitstrahlenbün- dels befindlichen Beobachter nimmt stets mit zunehmendem Einfallswinkel der auf die Ku- -eln auftreffenden Lichtstrahlen ab.
Beim vorliegenden Rückstrahler nimmt jedoch die Helligkeit der Rückstrahlung wegen der an der Schicht 1.1 eintretenden Brechung mit zu nehmendem Einfallswinkel der einfallenden Lichtstrahlen weniger rasch ab als bei den er wähnten, bekannten Liehtriiekstrahlern.
Die Strahlen b treffen nach Dureligana durch die Schicht 14 auf eine Kugel auf und werden beim übertritt in die Kugel und beim Übertritt von derselben in die Bindemittel- sehieht 12 derart gebrochen, dass sie auf der reflektierenden Fläche 20 konvergieren. Der Winkel zwischen der Axe des Kegels konver gierender Strahlen und der Normalen auf die Ebene des Rückstrahlers ist gleich dem Win kel, den die Strahlen nach dem Durchgang durch die Schicht 14 mit der Normalenbilden. Dieser Winkel ist, wie gesagt, kleiner als der Einfallswinkel der Lichtstrahlen bei ihrem Auftreffen auf die Vorderfläche 21 der Schicht 14.
Der Abstand zwischen dem Mit telpunkt der Kugel und dem Punkt, in wel- ehen der Axialstrahl auf die reflektierende Fläche 20 auftrifft, ist infolge des geneigten Einfalles grösser als der entsprechende Ab stand für den senkrechten Axialstrahl. Wenn also der Abstand zwischen der Kugel und der reflektierenden Fläche 20 für senkrecht ein fallende Strahlen den optimalen Wert auf weist, so ist die Kugel für geneigt einfallende Strahlen zu weit von der reflektierenden Fläche entfernt, wobei der Brennpunkt der konvergierenden Strahlen nicht auf der reflektierenden Fläche liegt.
Aus diesem Grunde kann es zweckmässig sein, den Ab stand zwischen den Kugeln und der Fläche, die mit der reflektierenden Fläche 20 der Unterlage 10 in Berührung kommen soll, be züglich der senkrecht einfallenden Liehtstrah- len etwas zu klein zu machen, damit geneigt einfallende Strahlen besser fokussiert werden. Dadurch wird die Helligkeit der Umkehr strahlung für grössere Einfallswinkel verbes sert, allerdings auf Kosten der Helligkeit für Lichtstrahlenbündel, die im Winkel Null oder in einem kleinen Winkel einfallen. Die Wahl des Abstandes wird von der besonderen Ver wendung abhängen, für die der fertige Lieht rüekstrahler bestimmt ist.
Die auf der reflektierenden Fläche 20 der Unterlage 10 konvergierenden Strahlen wer den in Form eines Kegels divergierender Strahlen reflektiert. Ein Teil dieser reflek tierenden Strahlen gelangt nicht mehr in den Bereich des geneigt einfallenden Strahlen kegels und kehrt infolgedessen nicht zur Lichtquelle zurück. Das Verhältnis aus dem Anteil der verloren -gehenden Strahlen und dem Anteil der nach der Lichtquelle zurück geworfenen Strahlen ist abhängig vom Ein fallswinkel der auf die reflektierende Fläche auftreffenden Strahlen und von der Besehaf- fenheit der reflektierenden Fläche. Weist die reflektierende Fläche Spiegelreflexion auf, so erfolgt mit zunehmendem Einfallswinkel der Strahlen eine raschere Abnahme der Hellig keit der Umkehrstrahlung.
Um eine lang samere Abnahme dieser Helligkeit zu erhalten, muss man daher eine diffus reflektierende Fläche benützen. Reflektierende Flächen mit Spiegelreflexion liefern für kleine Einfalls winkel die grösste Helligkeit und sollten des halb immer dann verwendet werden, wenn Sichtbarkeit auf grosse Entfernung angestrebt wird. Eine Zwischenlösung erhält man durch Anwendung einer semi-spiegelnden Fläche.
Die reflektierten Strahlen, die angenähert in den Bereich des einfallenden Strahlenkegels fallen, werden gegen die Lichtquelle zurück geworfen, wobei die Divergenz dieser Strahlen dureh Brechung beim Eintritt in die und beim Austritt aus der Kugel vermindert wird.
Beim Übertritt in die Luft an der glatten Vorderfläche der Schicht 14 erfahren die Strahlen eine nochmalige Richtungsänderung. Die Gesamtheit der aus den Kugeln austreten den Strahlen bildet einen Liehtstrahlenkegel, dessen Strahlen etwas divergieren, so da.ss ein Beobachter, der sich abseits, jedoch in der Nähe der Achse des einfallenden Liehtstrah- lenbÄndels befindet, durch. den zurüekgewor- fenen Lielitkegel erfasst wird.
Die voran gehend beschriebenen Vorgänge ergeben zu sammen die I'mkehrreflexion, bei weleher auch geneigt. zur Ebene des Lichtrüekstrahlers ein fallende Lichtstrahlen grösstenteils angenähert in. der Einfallsriehtung zurüekgeworfen wer den, wie in Fig. 8 gezeigt.
Der optimale Abstand zwisehen den Ku geln, und der reflektierenden Fläche 20 lässt sieh in einfacher Weise ermitteln, unter der Annahme, dass dieser Abstand gleich dem Ab stand ist, in welchem diejenigen Strahlen, die anfänglich in einer Distanz von 0,575mal dem Radius der Kugel parallel zu einem durch den Kugelmittelpunkt gehenden, auf der Vorder fläche 21 normalen Strahl verlaufen, diesen Strahl hinter der Kugel schneiden. Es ist dies eine empirische Regel, die mit den experinen- tellen Ergebnissen genügend genau überein stimmt, um in der Praxis brauchbar zu sein.
Dieser Abstand ist natürlich abhängig vom Verhältnis der Breehungsindizes. Die elemen taren Linsenformeln, welche die sphär isehe Aberration nicht berücksichtigen, können nicht zur Berechnung einer Brennweite verwendet werden, aus welcher sich der optimale Ab stand genau berechnen liesse, da die sphäri sche Aberration der Kugeln zu stark ist.
Die oben beschriebene Berechnung ergibt die in der Tabelle angeführten Werte. Die Zahlen in der ersten Kolonne sind die Werte des Verhältnisses der Brechungsindizes (Bre chungsindex der Kügelchen dividiert durch den Brechungsindex des die Kügelchen um gebenden, festen, durchsichtigen Materials). Die Zahlen in der zweiten Kolonne sind die berechneten, in Prozenten des Kugeldurch messers ausgedrückten Abstände.
EMI0006.0004
Verhältnis <SEP> der <SEP> Abstand
<tb> Brechungsindizes <SEP> (% <SEP> des <SEP> Kugeldurchmessers)
<tb> 1,02 <SEP> 1000%
<tb> 1,05 <SEP> 395%
<tb> 1,10 <SEP> 180 <SEP> %
<tb> 1,15 <SEP> 110 <SEP> %
<tb> 1,20 <SEP> 80%
<tb> 1,30 <SEP> 45%
<tb> 1,40 <SEP> 28%
<tb> 1,50 <SEP> 18%
<tb> 1,60 <SEP> 11%
<tb> 1,70 <SEP> 6%
<tb> 1, <SEP> 80 <SEP> 3 <SEP> %
<tb> 1,90 <SEP> 0% Die ersten drei Zahlenreiben sind gesondert angegeben, nm zu zeigen, warum Brechungs indexverhältnisse von weniger als 1,15 nicht brauchbar sind.
In solchen Fällen übersteigt nämlich der optimale Abstand den Kugel durehnesser bedeutend und ist so gross, dass eine geringe Helligkeit der Umkehrstrahlung erzielt und die Helligkeit bei zunehmendem Einfallswinkel sehr rasch abnehmen würde. Mit einem kleineren oder grösseren Abstand als dem optimalen würde eine noch geringere Helligkeit erzielt. Bevorzugt wird ein Bre chungsindexverhältnis von 1,3 bis 2. Gute Resultate können auch ohne Abstand erzielt werden, wenn das Verhältnis zwischen etwa 1,6 bis 2,0 liegt, wobei das Optimum etwa 1,9 beträgt.
Wenn die zwischen den untern Teilen der Kegeln und der reflektierenden Fläche 20 an geordnete Trennschicht 11 einen Brechungs index aufweist, der von jenem der Schicht 14 wesentlich verschieden ist, ergibt sich infolge der veränderten Konvergenz der auf die reflektierende Fläche auftreffenden Strahlen ein anderer optimaler Abstand als im bisher betrachteten Grenzfall. Bei Herabsetzung des Brechungsindex der Schicht 11 erfährt der optimale Abstand eine Verkleinerung und bei Erhöhung des Brechungsindex eine Erhöhung.
In der Praxis kann der optimale Abstand durch Beobachtung ermittelt werden. Der optimale Abstand ist dann jener Abstand, der für einen Beobachter (bzw. eine photo elektrische Zelle), der siele in nächster Nähe der Achse eines unter einem Einfallswinkel auftreffenden Lichtstrablenbündels eine maxi male Helligkeit der Umkehrstrahlung ergibt.
In der Praxis kann es zweckmässig sein, zur Erzielung eines für einen bestimmten Zweck am besten geeigneten Lichtrückstrah lers einen vom optimalen Abstand abweichen den Abstand zu wählen. Dabei wird man im allgemeinen einen etwas kleineren Abstand nehmen, uni die Helligkeit der Umkehrstrah- lung für grössere Einfallswinkel zu erhöhen, wobei die Divergenz der naeh der Lichtquelle zurückgeworfenen Lielitstrahlen etwas grösser wird.
Ausserdem werden die Kügelehen ge- wöhnlieh nicht alle die gleiche CTrösse aufwei sen. Durch Anwendung eines etwas zu kleinen Abstandes kann somit dafür gesorgt. werden, class eine kleinere Menge der Kügelchen einen zu grossen Abstand von der reflektierenden Fläche aufweist.
Als Unterlage 10 finit. spiegelnd oder diffus reflektierender Flüche 20 kann man ein star- res Material, wie z. B. Glas- oder Metallplat ten, oder ein biegsames Material, z. B. Tuch, Papier, Film, Metallfolie, insbesondere Alu miniumfolie und dergleichen, verwenden. Man kann auch einen Metallüberzug auf der Rück- fläele der Trennsehicht 11 aufbringen, z. B. auf elektrischem Wege oder durch Aufsprit zen. Ferner kann man auf die Rüekfläche der Trennschicht 11 einen ein reflektierendes Pigment enthaltenden, dünnen Bindemittel überzug aufbringen. Die reflektierende Schicht muss nicht in ihrer ganzen Flächen ausdehnung gleichmässig reflektierend sein.
Sie kann durch Drucken, Prägen oder Malen in der Weise hergestellt werden, dass ihre Oberfläche bestimmte Zeichen, Zahlen oder Buchstaben und nicht reflektierende oder schwarze Flächenteile aufweist. Die reflek tierende Schicht kann die Oberfläche eines Signals beliebiger Art bilden, dessen Sichtbar keit bei Nacht durch die Wirkung der Um kehrstrahlung erhöht wird, ohne dass dessen Sichtbarkeit bei Tage eine Verminderung er fährt.
Eine stark spiegelnde reflektierende Schicht, wie z. B. ein silbriger Metallüberzug oder eine Aluminiumfolie mit glatter Oberfläche, ergibt für Lichtstrahlen, die unter kleinen Einfalls winkeln einfallen, die beste Sichtbarkeit auf grosse Entfernungen, besitzt jedoch den Nach teil, dass bei grossen Einfallswinkeln die Hel ligkeit der Umkehrstrahlung verhältnismässig gering ist. Das andere Extrem liegt bei diffus reflektierenden Schichten vor, beispielsweise bei einem Anstrich oder einem ein streuendes Pigment (wie z. B. Titandioxyd) enthalten den Überzug, welche für grosse Einfallswinkel eine starke Umkehrreflexion gewährleisten und für kleine Einfallswinkel noch eine be- träehtlicle Sichtbarkeit auf weite Entfernun gen aufweisen.
Ein Übergang zwischen den beiden oben beschriebenen Arten von reflek tierenden Schichten liegt bei einer metalli schen, halbspiegelnden Schicht vor, beispiels weise bei einem Überzug aus einer aluminium- haltigen Anstriehmasse, in welchem die Alu miniumflocken angenähert parallel zur Ober- fläehe liegen. Die durchsichtige Trennschicht 11 kann aus einem vorgeformten Film von beliebiger Dicke bestehen oder erst an Ort und Stelle erzeugt. werden, indem man eine Schicht aus einer flüssigen Masse aufträgt und die Schicht. hierauf trocknen bzw. erstarren lässt.
Die durchsichtige Bindemittelschicht 12 wird auf die Trennsehicht in Form einer flüssigen Masse aufgebracht, wobei eine Schicht von sol cher Dicke erzeugt wird, dass die anschliessend aufgebrachten Kügelchen, welche auf die darunterliegende Trennschicht niedergedrückt werden, ungefähr zur Hälfte eingebettet wer den. Nach erfolgtem Trocknen der Binde mittelschicht 12 wird die durchsichtige Schicht. 1-1 aufgebracht, indem man die Kugeln und das Bindemittel mit einer geeigneten, flüs sigen Masse bedeckt und die Oberfläche der Schicht glättet, um beim Trocknen bzw. Er härten der Masse eine glatte Vorderfläche zu erhalten.
Durch Färbung der durchsichtigen Trenn schiebt 11 oder der durchsichtigen Schicht. 1.1 oder beider Schichten, bei Verwendung einer weissen oder silbrig glänzenden, reflektie renden Unterlage 10 kann eine farbige Re flexion erzielt werden, die infolge der starken Reflexionswirkung derartiger reflektierender Schichten eine grosse Intensität aufweist. Zu diesem Zweck kann man einen geeigneten Farbstoff oder ein durchsichtiges Farbpigment. verwenden.
Da die Kügelchen eingeschlossen sind, kön nen sie aus Materialien bestehen, die nicht verwendet werden könnten, wenn die Kügel chen der Atmosphäre ausgesetzt wären. Es können durchsichtige, feste, organische Ver bindungen mit passend hohem Brechungsindex verwendet werden. Im allgemeinen eignen sieh am besten anorganische Glassorten, bei wel chen ein hoher Breehungsindex leicht erzielt. werden kann. Zur Herstellung farbiger Licht rückstrahler können auch farbige durchsich tige Kugeln verwendet werden.
Die obere Grenze für die Kügelehengrösse wird in der Praxis bei einem mittleren Durchmesser von etwa 1.,25 mm liegen. Die bevorzugte Grösse übersteigt indessen nicht einen mittleren Durchmesser von 0,25 mm. Mit einem Durchmesser von 0,125 bis 0,13 mm sind ausgezeichnete Resultate erzielt worden. Die Kügelchen sollten ein allgemeinen derart sortiert sein, dass ihre Durchmesser nicht stark vom mittleren Durchmesser abweichen. Die Benützung sehr kleiner Kugeln ermög licht die Herstellung von Rückstrahlern in Form sehr dünner und biegsamer Blätter.
Für solche Blätter können äusserst kleine Kugeln, selbst solche mit einem Durchmesser von weni ger als 0,025 mm, verwendet werden. So las sen sieh Lichtrüekstrahler in Foren von Blät tern einer Gesamtdicke von weniger als 0,125 mm bequem herstellen. Bei Verwendung- winziger Kügelchen ist es auch möglich, solche Materialien zu verwenden, welche in Form grösserer Kugeln keine genügende Durchsichtigkeit oder Klarheit aufweisen, da die Lichtabsorption dem Kugeldurchmesser proportional ist.
Die von den einzelnen Kugeln austreten den reflektierten Strahlenbündel verschmelzen derart, dass selbst aus nächster Nähe von blo ssem Auge keine einzelnen Kugeln wahrnehm bar sind, so dass die Reflexion über der gan zen Fläche des Liehtrückstrahlers homogen erscheint.
Fig. 2 stellt einen Liehtrüekstrahler dar, der demjenigen der Fig.1 ähnlich ist. Die Überweisungszahlen 10 bis 14 bezeichnen so mit in beiden Figuren die deichen Elemente. Der Lichtrückstrahler von Fig. 2 weist jedoch noch eine durchsichtige Schutzschicht 15 auf, die auf die glatte Vorderfläche 21 der über der Kugelsehicht liegenden durchsichtigen Schicht 14 aufgewalzt ist.
Die Schutzschicht 15 kann den gleichen Brechungsindex wie die Schicht 14 aufweisen. Indessen kann diese Schutzschicht 15 einen verschiedenen Brechungsindex aufweisen, der entweder kleiner oder grösser als der Bre- ehungsindex der darunterliegenden Schicht 14 sein kann. Die Brechungswirkung der Ku geln wird hierdurch nicht beeinflusst, noch ergibt sieh irgendeine Änderung des Win kels, unter welchem geneigt einfallende Licht strahlen die darunterliegenden Kugeln tref- fen, da sie lediglich in zwei Stufen statt in einer stufe beine Übertritt von der Atmo sphäre in die Kugeln gebrochen werden, so dass der endgültig resultierende Winkel der gleiehe ist, wie wenn die Schutzschicht 15 nicht vorhanden wäre.
Die Schutzschicht 15 kann durch Auf giessen eines Überzuges auf die Vorderfläche 21 der Schicht 14 erzeugt werden. Sie kann aber auch ans einem vorgängig hergestellten Fila bestehen, der auf der Schicht 14 be festigt wird. Die Schicht 14 kann so mit Riiksicht auf ihre besondere Fähigkeit zum Abbinden mit den Kugeln und ihr Brechungs index in bezug auf jenen der Kugeln gewählt werden, während diese Faktoren bei der Wahl der Schutzschicht 15 keine Rolle spielen. Das Material der letzteren wird speziell en Hin blick auf seine Wetterbeständigkeit gewählt. Vorzugsweise wird dasselbe so gewählt, dass es sieh zugleich auch zur Aufnahme von Druck oder Farbe für die Verstellung von Signalen usw. eignet.
Für die Schutzsehieht kann auch sogenanntes splitterfreies Glas verwendet wer den zur Erzielung einer sehr grossen Wider standsfähigkeit und Dauerhaftigkeit.
In der in Fig.2 gezeigten Ausführungs form eignet sieh der Lichtrückstrahler beson ders gut zur Herstellung von im Freien auf zustellenden Werbetafeln, deren Beschriftung oder Zeichnung man öfters zu ändern wünscht. Zu diesem Zweck kann die Schutzschicht 15 mit Buchstaben, Symbolen, Zeichnungen usw.
versehen werden, indem man auf derselben in die gewünschte Form zugeselnittene, farbige, durchsichtige Filme befestigt oder durch- sieltige Farben aufmalt, wodurch sich der in Fig. 2 mit 16 bezeichnete farbige Über zug 16 ergibt, der als farbiges Liebtfilter wirkt, so dass sieh eine farbige Umkehr reflexion ergibt, die mit der an den nicht mit dem farbigen Überzug versehenen Flächen teilen des Lieltrückstrahlers hervorgerufenen farblosen Umkehrstrahlung kontrastriert.
Bei riehti-er Wahl der #,'elint7,ehielit 15 und des Materials des farbigen Vberzuges kann letzterer gewünsehtenfalls durch Ver- wendun#, eines LösunT sinittels ohne Beschädi- gung der Schutzschicht 15 entfernt werden, so dass auf letztere dann wieder eine andere Beschriftung oder Zeichnung aufgemalt wer den kann. In analoger Weise können farbige Filme abgestreift und durch andere ersetzt werden.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Lichtrückstrahlers, das demjenigen von Fig.1 ähnlich ist. Bei der Herstellung dieses Lichtrückstrahlers wird je doch die Reihenfolge umgekehrt. Man be ginnt mit der durchsichtigen Schutzsehicht 15, indem man einen durchsichtigen Film, dessen Vorderseite nach unten gekehrt wird, auf der oben liegenden Rückseite mit einem bindenden Material überzieht, das die durchsichtige Schicht 14 bildet, in welcher die Lage kleiner durelsiehtiger Kugeln 13 teilweise eingebettet und so tief eingepresst wird, dass die Kugeln die Oberfläche der Sehutzsehieht 15 berühren oder nahe an diese zu liegen kommen, wor auf das Bindemittel durch Trocknen gehärtet wird.
Hierauf wird auf die Kugellage ein Material aufgebracht, das nach erfolgter Er härtung die durchsichtige Trennschicht 11 bil det. Durch die Dicke dieser Schicht 11 auf der Rückseite der Kugeln wird der Abstand derselben von der reflektierenden Fläche 20 bestimmt. Die Kugeln sollten vorzugsweise eine möglichst gleichmässige Grösse aufweisen, ansonst der Abstand bei den grösseren Ku geln bedeutend kleiner wird als bei den klei neren Kugeln.
Der Lichtrückstrahler von Fig. 4 weist auf der Vorderseite einer Unterlage 10 eine pig mentierte, lichtreflektierende Bindemittel schielt 16 auf, in welcher eine Lage kleiner durclsieltiger Kegeln 13 mit hohem Bre chungsindex teilweise eingebettet ist. Die Ku geln 13 sind mit einem konzentrischen durch sichtigen Überzug 13' versehen, der einen klei neren Brechungsindex als die Kugeln 13 be sitzt.
Die Aussenfläche des Überzuges 13' ist eine Kugelfläche und berührt die reflektierende Bindemittelschicht 16 längs der darin einge betteten Teile. Über der Bindemittelschicht 16 und den daraus herausragenden Teilen der Überzüge 13' der Kugeln 13 ist eine durch sichtige Schicht 14 angeordnet.
Die Kugelüberzüge 137 und die Schicht 14 weisen den gleichen Brechungsindex auf, so dass die Kugeln 13 von einem optisch homo genen Medium umgeben sind und die einfal lenden Lichtstrahlen vor dem Auftreffen auf die Kugeln somit nicht konvergieren. Die Ku geln besitzen einen mindestens 1,15mal grö sseren Brechungsindex als die Schicht 14 und somit als dieses homogene Medium und weisen infolgedessen die gleiche lichtbrechende Wir kung auf wie die Kugeln in Fig. 1. Die licht- rüekstrahlende Fläche 20 wird in diesem Fall durch die Vorderfläche der Bindemittelschicht 1.6 an jenen Stellen gebildet, wo sie die untern Seiten der Kugelüberzüge 13' berührt.
Auf diese Weise ist jeder Kugel eine lichtrück- strahlende Fläche zugeordnet, die in einem Abstand von der intern Seite der Kugel an geordnet und sphäriseh-konkav ist. Die Dicke des Überzuges 13' der Kugeln 13 richtet sieh nach dem im Zusammenhang mit dem Aus führungsbeispiel von Fig.1 bestimmten Ab stand zwischen den Kugeln 13 und der licht reflektierenden Fläche 20.
Das parallele Lichtstrahlenbündel c fällt unter dem Einfallswinkel Null ein und wird an der Oberfläche der reflektierenden Binde- mittelsehieht 16 fokussiert. Die Kugelüber- zü-e 13' und die durchsichtige Schicht 14 kön nen verschiedene Brechungsindizes besitzen, in welchem Fall die einfallenden Lichtstrahlen beim Übertritt in die Überzüge 13' an ihren obern Seiten gebrochen werden. Bei dieser Variante erfährt die optimale Dicke des Über zuges 13' eine Änderung.
Bei der in Fig.4 gezeigten Ausführungs form besteht der Vorteil, dass geneigt. zur Ebene des Lichtrückstrahlers einfallende Licht strahlen an Punkten der reflektierenden Fläche reflektiert werden, die vom Mittelpunkt der Kugel gleich weit entfernt. sind, wie der Punkt, an welchem senkrecht einfallende Lichtstrahlen reflektiert werden. Somit bleibt auch bei zunehmendem Einfallswinkel der Ab stand, den die Lichtstrahlen bei ihrem Aus tritt aus der Kugel bis zur lichtreflektierenden Fläche durchmessen, gleich, so dass die Hellig keit der Umkehrreflexion bei zunehmenden Ein fallswinkeln nicht kleiner wird. Die Heilig zeit der Umkehrreflexion eines Lichtrück strahlers gemäss Fig. 4 bei grossen Einfalls winkeln ist grösser als bei Lichtrückstrahlern, deren reflektierende Fläche 20 eben ist.
Der Lichtriekstrahler von Fig. 5 unter scheidet sieh von den in Fig. 4 dargestellten Lichtrückstrahler dadurch, dass die Kugeln 1 3 keinen Überzug aufweisen und somit zwi schen den Kugeln l3 und der lichtreflektie renden Fläche 20 kein Abstand vorhanden ist. Die Kugeln 13 berühren die Bindemittel- sehieht 16 direkt.
Wie aus der Fig. 5 ersichtlich ist, treffen die parallelen Lichtstrahlen d unter dem Ein fallswinkel Null auf die Vorderfläche 21 der durchsichtigen Schicht 1 4 auf und werden durch die Kugel derart gebrochen, dass sie nach einem Punkt an der untern Seite der Kugel konvergieren. Das optimale Verhältnis des Brechungsindex der Kugel zu jenem der Schicht 14 beträgt in diesem Fall etwa 1,90. Dieses Verhältnis kann jedoch auch etwas kleinere oder grössere Werte annehmen.
Wie bei der Ausführungsform gemäss Fig. 4 wird auch hier eine grössere Helligkeit der der Umkehrreflexion bei grossen Einfallswin keln als bei Verwendung einer ebenen reflek tierenden Fläche erzielt. Für manche Zwecke ist grosse Helligkeit bei sehr grossen Einfalls winkeln die wichtigste Forderung, die an einen Licltrückstrahler gestellt wird. In sol- ehen Fällen kann die Verwendung eines Licht rückstrahlers mit konkaven, lichtreflektieren den Flächen 20 von Vorteil sein, auch wenn (las Verhältnis der Breehungsindizes einen Wert aufweist, der bedeutend kleiner ist als der optimale Wert für maximale Helligkeit.
Der Lichtrückstrahler von Fig.6 unter scheidet sieh von demjenigen von Fig.1 durch eine farbige Sperrschicht 17, die zwischen den Seiten der Kugeln angeordnet ist. Die Binde mittelsehicht 12, in welcher die kleinen Ku geln 13 teilweise eingebettet sind, ist so bemes sen, dass sie nicht ganz bis zum mittleren Um fang der Kugeln reicht. Über der Bindemittel- Schicht 12 liegt die Sperrsehieht 17, welche zwischen den Seiten der Kugeln angeordnet ist. Ihre Dicke ist derart, dass die vordern Seiten der Kugeln aus ihr herausragen.
Die Sperrschicht 17 lässt eine freie opti sche Öffnung an der Vorderseite und Rück seite jeder Kugel, so dass sie die Umkehr reflexion der auf die Vorderseite jeder Kugel einfallenden Lichtstrahlen nicht stört, und die optische Wirkung ist hierbei im wesentlichen die gleiehe wie in Verbindung mit Fig. 1 be schrieben. Die normal einfallenden paraxialen Strahlen c konvergieren beim Durchgang durch eine Kugel in einem Brennpunkt auf der Fläche 20 ähnlich den Strahlen c in Fig. 1. Ferner werden geneigt einfallende Lichtriickstrahler auf der Fläche 20 ebenso fokussiert wie die Strahlen h in Fig. 1.
Indessen werden zwischen den vordern Ku gelseiten auftreffende Lichtstrahlen durch die Sperrschicht verhindert, zur reflektieren den Unterlage 10 vorzudringen, wie für den Strahl f veranschaulicht. Die Sperrschieht 17 sei stark lichtabsorbierend; (tann werden die auftreffenden Strahlen zum grossen Teil ab sorbiert, und das optische Blatt erscheint bei Tageslicht dunkel gefärbt. Die Sperrschicht muss den Lichtdurchgang nicht unbedingt voll ständig sperren; sie kann aueh etwas durch scheinend sein. Eine Sperrschicht reflektie render Art würde eine lieflektierung von Lieht mit. einer entsprechenden Farbe bewir ken.
In beiden Fällen erweckt bei diffusem Tageslicht ein solches Blatt den Anschein einer kontinuierlich entsprechend gefärbten Fläche. Bei Nacht wird dagegen das An sehen des Rückstrahlers durch die<I>Art</I> der Unterlage 10 bestimmt. [)er Grund hierfür ist folcender: Die grosse Anzahl kleiner Ku geln pro Qluadratzentinieter verhindert, dass das Auge des Beobachters die von den ein zelnen Kugeln und die von den einzelnen Flächenelementen des zwischen den Kugeln liegenden. Sperrüberzuges auseinanderhalten kann.
Das optische Blatt scheint infolge der < geringen Grösse der wirklichen Unterbreehun- gen ein ununterbrochenes Gefüge zu besitzen. Wenn der Rückstrahler bei diffusem Tages- licht angesehen wird, gellt nur ein kleiner Teil jener Strahlen, welche auf die Kugeln auftreffen, in der richtigen Richtung, um durch die Umkehrreflexion das Auge des Be obachters zu erreichen. Ein weit grösserer Anteil der einfallenden Strahlen wird durch die farbige Sperrschicht entweder absorbiert oder reflektiert.
Die verhältnismässig wenigen Strahlen, welche durch Umkehrreflexion das Auge des Beobachters erreichen, werden durch die Wirkung der Vorderfläche der Sperr schicht sozusagen verdeckt. Hierbei entsteht die Illusion, dass der Rückstrahler einen un unterbrochenen Überzug mit einer Farbe von gleicher Färbung wie die Sperrsehieht besitzt. Wenn die Umkehrreflexion indessen bei Nacht wahrgenommen wird, wie z. B. durch die In sassen eines sieh nähernden Kraftfahrzeuges, dessen Scheinwerfer den Rückstrahler belieb ten, fallen die beleuchtenden Lichtstrahlen im wesentlichen aus der Richtung der Augen linie des Beobachters auf den Riickstrahler ein, und ein grosser Teil der beobachteten reflektierten Strahlen ist von der Unterlage 10 reflektiert worden.
Selbst dann, wenn die Sperrsehicht reflektierend ist, wird nur ein kleiner Teil der beobachteten Strahlen von der Sperrschicht reflektiert, da die meisten von letzterer ausgesandten Strahlen unter solchen Winkeln ausgehen, dass sie nicht zum Be obachter zurückkehren. Infolgedessen wird jetzt die Wirkung der Sperrsehicht durch die jenige der Unterlage verdeckt, und es ent steht die Illusion, dass der Rückstrahler einen ununterbrochenen hellen Farbüberzug von gleicher Färbung wie die Unterlage 10 besitzt.
Als Beispiel sei der Fall betrachtet, in wel chem die Unterlage eine Aluminiumfolie ist, während der Sperrüberzug schwarz ist. Bei Tag erscheint der Rückstrahler gleichmässig schwarz über seine ganze Fläche; bei nächt- lieher Umkehrreflexion erscheint er indessen gleichmässig silbern über seine ganze Fläche. Oder angenommen, die Sperrschicht sei orangefarbig: dann wird das Blatt bei Tag orangefarbig und bei Nacht silbern erscheinen.
Der Lichtrückstrahler von Fig.7 unter scheidet sieh von demjenigen von Fig. 6 da- durch, dass die farbige Schicht 17 durch sichtig ist.
In diesem Falle dringen die zwischen den Kugeln auftreffenden Lichtstrahlen durch die Schicht 17 hindurch und treffen auf die Un terlage 10 wie der Strahl g. Das reflektierte Lieht wird infolge der Lichtfilterwirkung der durchsiehtigen, farbigen Schicht 17, durch die es wieder hindurchgeht, gefärbt sein. Wenn z. B. die Schicht 17 rotdurehlässig und die Unterlage 10 silbern ist, so wird der Rück strahler bei Tag rot, bei Nacht jedoch silbern erscheinen. Die beschriebenen Lichtrückstrahler besit zen die vorteilhafte Eigenschaft, eine glatte Vorderseite zu besitzen.
Durch Regen wird die Helligkeit der Umkehrreflexion nicht ver ringert, da die kleinen Kugeln dem Regen nicht ausgesetzt sind und das einfallende und reflektierte Licht Wasserschichten auf der glatten Aussenfläche durchdringen kann. Auf die Oberfläche auffallende Regentropfen stö ren nur momentan, und in jedem Augenblick ist diese Störung auf verschiedene, äusserst kleine Flächen begrenzt. Diese Eigenschaft ist von grossem Wert, wenn ein Liehtrüekstrahler im Freien verwendet werden soll, und ermög licht die Herstellung von Signalen und Mar- hierunge.n mit bedeutend besserer Sichtbarkeit in regileriscllen Nächten.
Diese Eigenschaft ist beispielsweise auch dann sehr vorteilhaft, wenn die vorliegenden Liehtrüekstrahler zur Herstellung von rückstrahlenden Oberflächen auf Bojen, die bei stürmisellem -etter mit Wasser bespült werden und auch dem Regen ausgesetzt sind, verwendet werden.
Der Einfluss von Wassertröpfchen auf die äussere Oberfläelle kann noch weiter verrin gert werden, indem diese Oberfläche mit einem Benetzun-sinittel versehen wird, so dass Was sertropfen sieh rasch zu einem Film ausarbei ten. Man kann die Oberfläche auch wasserab stossend machen, so dass Regentropfen oder Wasserspritzer rasch von der glatten Ober fläche ablaufen. Auch die nachstehenden Eigenschaften der vorliegenden Liehtrüekstrahler mit einer glatten (nicht mit einem Linsenraster ver- sehenen) Vorderfläche sind erwähnenswert.
Auf der Oberfläche der beschriebenen Lichtrückstrahler sammelt sich weniger Staub an als auf derjenigen von Rückstrahlern mit gerasteter Vorderfläche. Der Staub kann durch Waschen, Abwischen oder Abklopfen leicht entfernt werden. Die beschriebenen Rückstrahler eignen sich deshalb gut zum An bringen auf die Rückseite von Kraftfahrzeu gen und Eisenbahnwagen. Zur Erzielung einer sauberen glänzenden Oberfläche kann man den Lichtrückstrahler auch polieren.
Durch Verwendung eines Lichtrückstrah lers gemäss Fig.6 kann man erreichen, dass diejenigen Flächenteile eines Körpers, die mit dem Lichtrückstrahler versehen sind, bei Tag das gleiche Aussehen aufweisen wie die übri gen Flächenteile, beispielsweise schwarz sind, während die mit dem Lichtrückstrahler ver- sehenen Flächenteile bei Beleuchtung durch ein Strahlenbündel aufleuchten, beispielsweise rot oder weiss. Diese Kombinationsmöglich keiten erlauben die Verwendung der beschrie benen Lichtrückstrahler zur Herstellung gross flächiger Warnungszeichen auf der Rückseite von Kraftfahrzeugen und Eisenbahnwagen zur Erhöhung der Sicherheit des Verkehrs bei Nacht.
Überdies kann bei der Herstellung von Signalen die glatte Oberfläche des Lichtrück strahlers leichter bedruckt und bemalt werden, als eine gerasterte Oberfläche. Gewünschten falls kann auch ein Halbtondruck verwendet werden. Falls beim Übermalen ein Irrtum unterläuft, kann man die Oberfläche mittels eines mit einem Lösungsmittel befeuchteten Lappens von der Farbe leicht befreien und von neuem beginnen, was bei gerasterten Ober flächen nicht gut möglich ist. Auf die Vor derfläche des Lichtrückstrahlers aufgebrachte Überzüge aus durchsichtigen Farben stören den Vorgang der Umkehrreflexion nicht, wäh rend bei Lichtrückstrahlern mit gerasterter Vorderfläche solche Überzüge das Zustande kommen der Umkehrreflexion stören oder verhindern.
Im folgenden wird noch ausführlich die Herstellung eines dünnen, biegsamen, wetter beständigen Liehtrückstrahlers der in Fig.1 dargestellten Art beschrieben, bei welchem die Unterlage 10 aus einem pigmentierten Film besteht. Der Rückstrahler kann durch Auf bringen der Schichten 10 bis 14 auf ein Trä gerblatt aus Papier hergestellt werden, das nachträglich wieder entfernt und erneut be nützt wird, oder das als Schutzblatt, das erst bei Verwendung des Lichtrückstrahlers abge zogen wird, beibehalten wird. Der Lichtrück strahler kann bei dieser Herstellungsweise in Form kontinuierlicher Bänder von grosser Länge hergestellt und in Form von Rollen ge liefert werden.
Das Trägerband wird aus einem stark kalandrierten Papier hergestellt, auf das ein Überzug aus der folgenden Lösung in einer Menge von 5,4 bis 6,3 mg/cm2 aufgewalzt wird.
EMI0012.0008
Gewichtsteile
<tb> Rizinusöl <SEP> (stark <SEP> geblasenes) <SEP> 100
<tb> Kunstharzlösung <SEP> (mit <SEP> einem <SEP> Gehalt
<tb> von <SEP> 50% <SEP> festen <SEP> Bestandteilen) <SEP> 200
<tb> Lösung <SEP> eines <SEP> Härtungskatalysators <SEP> 1 Als Kunstharzlösung wird eine 50 %ige Lösung eines durch Wärme härtbaren Harn- stoff-Formaldehy d-Harzes in einem aus 60 Teilen Butylalkohol und 40 Teilen Xylol zu sammengesetzten Lösungsmittel verwendet.
Das stark geblasene Rizinusöl dient als Weich macher. Die Katalysatorlösung ist eine 50 %ige Lösung von sesqui-Methylphospliat in Äthylengly l,:ol-monoäthyläther. Der Überzug kann getrocknet und gehärtet werden, indem das Trägerband durch einen Ofen geführt und während 15 -Minuten einer Temperatur von 60 C und anschliessend während 30 Minuten einer Temperatur von 8S C unterworfen wird.
Der Überzug haftet dann fest am Papier und bildet, eine glatte Oberfläche zur Auf nahme der reflektierenden Unterlage 10. Die Zusammensetzung des Überzuges des Träger bandes wurde so gewählt, dass beim Auf bringen der Unterlage 10 in Form einer Lö sung die letztere eine gute Benetzungswirkung besitzt und zunächst fest an der Oberfläche des Trägerbandes anhaftet, dass hingegen die Unterlage 10 nach dem Trocknen und Härten nur noch so stark am Trägerband haftet, dass sie nachträglich gewünschtenfalls abgestreift werden kann.
Zur Herstellung einer biegsamen, wasser festen, reflektierenden Unterlage 10, die ab nehmbar am Trägerband haftet, kann ein filmbildendes Material der unten angegebenen Zusammensetzung verwendet werden, das in einer Menge von 10,4 bis 12,5 mg/cm2 mittels eines Rakels auf die mit dem genannten Überzug versehene Oberfläche des Trägerban des aufgetragen wird.
EMI0013.0001
Gewichtsteile
<tb> Titandioxy <SEP> dpigment <SEP> 35
<tb> Polymeres <SEP> N-Butylmethacrylatharz <SEP> 16
<tb> Polymeres <SEP> Isobutylmethacrylatharz <SEP> 7 <SEP> 6
<tb> Xylol <SEP> (flüchtiges <SEP> Lösungsmittel) <SEP> 33 Das Titandioxyd ist ein weisses Pigment. Es können jedoch auch farbige Pigmente ver wendet werden, um eine farbige Umkehrrefle xion zu erzielen (z. B. Bleichromat zur Her stellung einer gelben reflektierenden Unter lage 10).
Das Pigment wird unter Verwen dung einer Walzenfarbenmühle in die Harz lösung eingearbeitet. Die polymeren Harze sind bereits völlig polymerisiert oder ge härtet, so dass zum Erhärtenlassen des auf gebrachten Materials lediglich das Lösungs mittel verdampft werden muss, was durch Erhitzen des Bandes während 20 bis 30 Mi nuten bei 60 C und dann während 30 bis 45 Minuten bei 88 C geschehen kann.
Als nächste wird die Trennschicht 11 auf gebracht, indem man auf die reflektierende Unterlage 10 mittels Walzen eine Lösung der unten angegebenen Zusammensetzung in einer Menge aufbringt, die zur Erzielung eines Films, der nach dem Trocknen im Verhältnis zum Durchmesser der zu verwendenden Ku geln die erforderliche Dicke aufweist, genügt.
EMI0013.0003
Gewichtsteile
<tb> Polymeres <SEP> N-Butylmethacrylat-Harz <SEP> 45
<tb> Xylol <SEP> (flüchtiges <SEP> Lösungsmittel) <SEP> 55 Im vorliegenden Beispiel wird die über zugbildende Lösung in einer Menge von 3,3 bis 4,2 mg/cm2 aufgebracht, um einen Film zu erhalten, der im getrockneten Zustand eine Dicke von etwa 0,021 bis 0,022 mm und einen Brechungsindex von etwa 1,48 aufweist.
Die Trocknung wird durch Erwärmen bei 60 C während etwa 25 bis 30 Minuten und dann bei 88 C während 30 bis 45 Minuten durchgeführt.
Hierauf wird die durchsichtige Binde- mittelsehieht 12 aufgebracht, indem man auf die Oberfläche der Trennschicht 11 die gleiche N-Butylmethacrylatlösung in einer für die richtige Anordnung der Kugeln genügenden Menge aufwalzt. Diese Menge beträgt im vor liegenden Beispiel 2,1 bis 3,7 mg/cm2. Wäh rend das aufgebrachte Material noch feucht ist, werden Glaskugeln 13 in einer Menge, die grösser ist, als dies zur Erzielung einer ein zigen Lage erforderlich ist, aufgebracht. Die Kugeln sinken in der feuchten Bindemittel schicht 12 ein, bis sie nahe an die obere Fläche der Trennschicht 11 zu liegen kommen oder dieselbe berühren. Das Einordnen der Kugeln kann dadurch erleichtert. werden, dass man das Band über eine Vibriervorriehtung führt.
Das Band kann dann um eine Walze nach unten geführt werden, um die überzähligen Perlen abfallen zu lassen. Zum Trocknen der Bindemittelsehieht 12 wird das Band dann während 20 bis 30 Minuten bei 60 C und während 20 bis 30 Minuten bei 88 C erhitzt. In diesem Beispiel werden Kugeln aus Blei silikatglas mit einem Brechungsindex von etwa 2,04 und einem Durchmesser von etwa 0,038 bis 0,075 mm verwendet.
Hierauf wird die durchsichtige Schicht. 14 aufgebracht, indem über die Kugeln eine Lö sung der unten angegebenen Zusammenset- zung in solcher Menge aufgewalzt wird, dass die trockene Schicht die Vorderseiten der Ku geln bedeckt und eine glatte Vorderfläche erhält.
EMI0013.0015
Gewichtsteile
<tb> Polymeres <SEP> N-Butylmethacrylatharz <SEP> 25
<tb> Polymeres <SEP> Isobutylmethacrylatharz <SEP> 25
<tb> Xylol <SEP> (flüchtiges <SEP> Lösungsmittel) <SEP> 50 Im vorliegenden Beispiel wird die Lösung in einer Menge von 12,5 bis 14,6 mg/em2 auf getragen.
Zum Trocknen des Überzuges wird das Band während 25 bis 3 5 Minuten bei 30 C und dann während 45 bis 60 Minuten bei 88 C erhitzt. Der Brechungsindex der ge trockneten Schicht beträgt etwa 1,48. Das fertige Lichtrückstrahlerband kann jederzeit vom Trägerband abgelöst werden.
Das auf diese Weise erhaltene Lichtrüek- strahlerband ist äusserst dünn und biegsam, aber trotzdem stark und kann in Rollenform geliefert werden. Es lässt sieh leicht in Stücke jeder gewünschten Form zuschneiden. Das vom Trägerband abgelöste Liehtrüekstrahler- band weist eine Dicke von etwa 0,2 mm, eine Zugfestigkeit von etwa 1,4 kg pro Zentimeter Breite und eine Dehnung beim Reissen von etwa ungefähr 17% auf. Die Anzahl der pro Quadratzentimeter eingebetteten Glasperlen übersteigt 15 500.
Proben dieses Lichtrüekstrahlerbandes wur den in Houston, Texas, USA, wo bekannt lich sehr strenge Witterungsverhältnisse herr schen, in senkrechter Lage mit Front beben Süden auf Wetterbeständigkeit geprüft. Nach zehn Monaten wurden diese Proben unter s ucht. Es wurden keinerlei sichtliche Beschä digungen festgestellt, selbst nicht bei sorgfäl tiger mikroskopischer Untersuchung. Die Hel ligkeit der Umkehrreflexion dieser Proben war immer noch derjenigen einer nicht der Witterung ausgesetzten Kontrollprobe gleich. Es wurden auch in Saint-Paul, Minne sota, USA, Proben der Witterung ausgesetzt und als wetterfest befunden.
Flat light reflector. The present invention relates to a planar light reflector which largely reflects light rays that strike it at a not too large angle of incidence back in the direction of incidence.
The reverse radiation that occurs on a retro-reflector of this type differs in principle from the reflection on mirror surfaces, on which light rays are reflected in accordance with the law of reflection, and from the reflection on diffusely reflecting surfaces that scatter incident light rays in all directions.
Road signals and markings with reverse radiation have a greater visibility for the occupants of an approaching vehicle at night than normal signals and markings, since the light reflected from them is concentrated into a narrow cone, which automatically looks at the headlights and the occupants of the vehicle. and therefore a smaller amount of the reflected light falls outside the field of vision.
Light reflectors are known, which have a layer of small transparent spheres and a reflecting surface cooperating with the spheres to generate reverse radiation, but have a front surface composed of a large number of small lens elements rather than a smooth one. Transparent films or plates have also been used which have been placed over this front surface. There was no change in the lens effect of the balls, since the latter remained in contact with air trapped under the film or plate. Such transparent films or plates were intended to protect the reflector against the effects of the weather or to form a colored light filter.
However, the trapped air caused complications. It is difficult to seal the edges so that no moisture or dust can penetrate. In addition, if rigid and brittle plates (such as glass plates) are used, there is a risk of breakage, apart from other difficulties that arise in the production of signals and markings. Flexible films have the disadvantage that they warp and toss and easily peel off.
In certain cases it was also direct. A transparent cover was applied over the spherical layer, which was intended to serve as weather protection or as a color filter.
Such a coating, however, had to have a very small and uniform thickness, so that the desired effect of the ink was removed, since. these transparent coatings have indices of refraction that approximate. were equal to those of the glass used to make the spheres. Balls of a full diameter of about 0.25 mm or less have usually been used.
Only very thin coatings could be used for the above-mentioned purpose, since if relatively thick coatings were applied, the required lenticular surface structure would have been lost.
Lichtriiekstrahler with consisting of a layer of small spheres, z. B. lenticular front surfaces have certain undesirable properties. Thus, for example, the light diffusion is changed by water, which is deposited on the lenticular surface by rain, splash water and fog, which means that the reverse radiation and consequently the visibility of signals and markings that are equipped with such light reflectors are considerably changed be decreased.
A layer of water covering the lenticular surface completely or completely prevents the reverse radiation, which makes the signal or the marking invisible, unless there is sufficient illumination, and the signal or the marking is visible in another way close. The smaller the spheres, the more pronounced this effect is. If part of the spherical surfaces is freely exposed to the atmosphere, the choice of the material used to manufacture the spheres is subject to certain restrictions. The ball material may, for.
B. ropes neither soft, fragile nor water-unstable, otherwise there will be damage to the exposed surface parts of the balls in the open air and consequently a change in their lens properties. In addition, the junction between the binding agent and the balls on the side facing the atmosphere is exposed to the effects of the weather, so that moisture can penetrate and weaken the bond, unless a binding agent is used that is specially designed to avoid this effect selected. The choice of binder is therefore also subject to a certain restriction.
The invention aims to remedy these disadvantages. The planar light back radiator, which reflects light rays that fall on it at a not too large angle of incidence, largely back in the direction of incidence, is characterized according to the invention by a layer of small transparent spheres under which a light-reflecting surface is arranged and which at least with their upper part are embedded in an uninterrupted, transparent, solid layer with a smooth front surface,
the refractive index of the spheres being at least 1.15 times that of this transparent layer.
It is expedient to use transparent spheres with a refractive index which is 1.3 to 2 times as large as that of the transparent, solid layer mentioned. To achieve optimal brightness of the reverse radiation, it is useful if there is a distance between the spheres and the underlying reflective surface, the size of which depends on the ratio of the refractive indices full spheres and transparent, solid layer. With a refractive index ratio of 1.15, optimal brightness is achieved if the distance between the reflective surface and the back of a sphere is approximately the same as your sphere diameter.
This spacing ratio decreases as the number ratio increases and approaches zero when the latter approaches 1.9. It is assumed that the transparent material located between the reflective surface and the back of the balls has approximately the same Brellungsindex as the transparent, solid layer, but this does not necessarily have to be the case.
To achieve a lingerable reflector, it is not necessary either. a distance ratio must be present that provides an optimal brightness of the reverse reflection. The distance can also be zero if the ratio of the number of dimensions is greater or less than 1.9. Exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown in the drawing, specifically showing: FIGS. 1 to 7 greatly enlarged sections of seven different exemplary embodiments of the light reflector.
Fig. 8 shows schematically a light reflector and the cone of light which is reflected back against the source of a light beam that is not perpendicular to the reflector.
The schematic representations in Fig.1 to 7 are not true sections, since the balls are at a greater distance from each other than is actually the case, and each circle represents a full circumference, as if the balls were arranged in rows while they are generally arranged irregularly in reality.
1 shows a light reflector which has a base 10 with a light-reflecting surface. A transparent separating layer 11 is arranged above this reflecting surface, over which a layer of binding agent 12 lies, in which a layer of small transparent spheres 13 is partially embedded. so that the lower parts of the balls practically touch the underlying separating layer 11 and the upper parts of the balls protrude from the binder layer 12. By means of the separating layer 11 and the binding agent layer, the spheres are held at a certain uniform distance from the rear side of the separating layer 11 and thus also from the reflective surface 20 of the base 10.
Above the balls 13 and the binding agent layer 12, an uninterrupted, solid, transparent layer 14 is arranged, which has a smooth front surface 21, and in which the balls are embedded with their upper part, so that the balls are enclosed and not with the air come into contact. In this way, the front and rear balls are surrounded by transparent, solid Ma material, the front surface 21 of the light reflector being smooth. The refractive index of the spheres is much greater than that of the transparent section 14, at least 1.15 times greater, so that the spheres can properly perform their function as convex lenses and the necessary refraction of the incoming and outgoing light rays occurs.
By combining this refraction with the reflection of the light rays falling through the balls on the reflective base 10, the desired reverse reflection is achieved.
Let us first consider a borderline case in which the spheres are surrounded by an optically homogeneous transparent medium with a uniform refractive index, that is to say that the separating layer 11, the binding center layer 12 and the layer 14 have practically the same refractive indices. The reverse radiation coming about through combined Breehungs- and Reflexionsvor processes is illustrated in Fig.l for parallel incident light rays.
The perpendicular (incidence angle equal to zero) incident on the front surface 21 parallel rays a. through penetrate the transparent layer 14 without being broken, then hit the front of the transparent sphere and are refracted against the central ray, so that they (due to the higher refractive index of the sphere) converge on their way to the back of the sphere. When passing from the back of the sphere into the transparent separating layer 11, the convergent rays become again. broadened against the central ray so that the convergence is increased.
All rays strike the reflective surface 20 of the pad 10 in the vicinity of the point at which the central ray intersects the surface 20. If the ball was in the correct distance from the reflective surface 20 is arranged, most of the light rays will fall on the reflective surface 20 at closely spaced Stel sources, even if there is no distance at which the light rays in a true focus converge even if the sphere were geometrically perfect,
due to the spherical aberration, which is very considerable. The optimal distance is that at which the light rays impinging on the reflective surface 20 form a tiny light disc of minimal diameter. This diameter is very small compared to the diameter of the sphere, and the disk can therefore practically be viewed as a point.
The rays striking the reflecting surface 20 are reflected in the form of a cone of diverging rays. If the reflecting surface 20 is specular (e.g. a polished metal surface) and the distance between the spheres and this surface is at the optimum value, the reflected beam cone approximately coincides with the incident beam cone. A non-reflective, diffusely reflective surface (such as the surface of a pigmented paint) will emit a broader cone of rays, whereby a large part of the rays can no longer get into the sphere. The rays of the reflective cone of rays that hit the back of the balls are refracted to the plumb bob on the ball surface, which reduces the divergence.
On the front side of the ball, the light rays are refracted away from the solder when they pass into the transparent layer 14, so that the divergence of the rays emerging from the front surface 21 of the layer 14 is only slight. However, the rays do not emerge as a bundle of parallel rays, not only because of manufacturing-related imperfections in the structure of the light reflector, but also because of the spherical aberration, which in any case prevents the creation of a perfect focal point on the reflecting surface 20. The rays reflected in the direction of the light source form a cone of light with a small opening angle.
The divergence of the reflected rays can be increased by making the distance between the spheres and the reflective surface 20 a little smaller or larger than the optimum. The increase in divergence will then be of advantage if an observer is not in close proximity to the axis of the incident light beam, although the brightness of the reflected light, measured at a point close to the axis, experiences a reduction.
Fig.1 also shows the course of inclined to the front surface 21 incident Lichtstrah len. The parallel rays b hit the front surface 21 of the layer 14 at an angle to the normal and are refracted when crossing into the layer 14 so that they hit the plane of the light reflector on the sphere at a smaller angle to the normal. This reduction in the angle of incidence of the rays impinging on the individual spheres is an important feature that gives rise to a significant advantage over known Rückstrah in which the incident rays impinge directly on the individual spheres.
If, for example, the layer 14 has a refractive index of 1.48, light rays that strike the smooth front surface 21 of the layer 14 at an angle of 30 to the normal are refracted so that they hit the Ku at an angle of 20 to the normal gels impinge, and that as a result about the same effect as with Lichtriiekstrah- lern, in which the spheres are partially exposed, is achieved when the light rays directly incident on the latter at an angle of 20 °.
The brightness of the rear radiation for an observer located in the vicinity of the axis of the incident bundle of rays always decreases with increasing angle of incidence of the rays of light striking the spheres.
In the case of the present reflector, however, the brightness of the reflection decreases less rapidly than in the case of the known Liehtriiek reflector mentioned above because of the refraction occurring at the layer 1.1 as the angle of incidence of the incident light rays increases.
According to Dureligana, the rays b strike a sphere through the layer 14 and are refracted when they pass into the sphere and when they pass from the same into the binding agent layer 12 in such a way that they converge on the reflective surface 20. The angle between the axis of the cone of converging rays and the normal to the plane of the retroreflector is equal to the angle which the rays form after passing through the layer 14 with the normal. As stated, this angle is smaller than the angle of incidence of the light rays when they strike the front surface 21 of the layer 14.
The distance between the center point of the sphere and the point at which the axial ray strikes the reflective surface 20 is greater than the corresponding distance for the vertical axial ray due to the inclined incidence. So if the distance between the sphere and the reflective surface 20 for perpendicular incident rays has the optimal value, the sphere is too far away from the reflective surface for inclined incident rays, the focus of the converging rays not on the reflective surface lies.
For this reason, it can be useful to make the distance between the balls and the surface that is to come into contact with the reflective surface 20 of the base 10 with respect to the perpendicular light rays somewhat too small, so that inclined rays be better focused. As a result, the brightness of the reverse radiation is improved for larger angles of incidence, but at the expense of the brightness for light beams which are incident at an angle of zero or at a small angle. The choice of distance will depend on the particular application for which the finished light reflector is intended.
The rays converging on the reflective surface 20 of the base 10, who reflected the in the form of a cone of diverging rays. Some of these reflective rays no longer reach the area of the inclined incident rays cone and consequently do not return to the light source. The ratio of the proportion of the lost rays and the proportion of the rays thrown back after the light source depends on the angle of incidence of the rays striking the reflecting surface and on the nature of the reflecting surface. If the reflective surface has specular reflection, the higher the angle of incidence of the rays, there is a more rapid decrease in the brightness of the reverse radiation.
In order to obtain a slower decrease in this brightness, one must therefore use a diffuse reflecting surface. Reflective surfaces with mirror reflection provide the greatest brightness for small angles of incidence and should therefore always be used when visibility over a long distance is desired. An interim solution is obtained by using a semi-reflective surface.
The reflected rays, which approximately fall into the area of the incident ray cone, are thrown back against the light source, the divergence of these rays being reduced by refraction when entering and exiting the sphere.
When they pass into the air on the smooth front surface of the layer 14, the rays experience another change of direction. The totality of the rays emerging from the spheres forms a cone of light rays, the rays of which diverge somewhat, so that an observer who is apart, but in the vicinity of the axis of the incident light ray bundle, passes through. the thrown back Lielit cone is recorded.
The processes described above together result in the return reflection, in which case also inclined. to the plane of the light retro-reflector, a falling light beam is for the most part approximated in the direction of incidence, as shown in FIG.
The optimal distance between the spheres, and the reflective surface 20 can be determined in a simple manner, assuming that this distance is equal to the distance in which those rays initially at a distance of 0.575 times the radius of the sphere parallel to a going through the center of the sphere, on the front surface 21 normal beam, cut this beam behind the ball. This is an empirical rule that agrees with the experimental results sufficiently closely to be useful in practice.
This distance is of course dependent on the ratio of the breadth indices. The elementary lens formulas, which do not take into account the spherical aberration, cannot be used to calculate a focal length from which the optimum distance can be calculated precisely, since the spherical aberration of the spheres is too strong.
The calculation described above gives the values given in the table. The numbers in the first column are the values of the ratio of the refractive indices (refractive index of the beads divided by the refractive index of the solid, transparent material surrounding the beads). The numbers in the second column are the calculated distances expressed as a percentage of the sphere diameter.
EMI0006.0004
Ratio <SEP> the <SEP> distance
<tb> refractive index <SEP> (% <SEP> of the <SEP> sphere diameter)
<tb> 1.02 <SEP> 1000%
<tb> 1.05 <SEP> 395%
<tb> 1.10 <SEP> 180 <SEP>%
<tb> 1.15 <SEP> 110 <SEP>%
<tb> 1.20 <SEP> 80%
<tb> 1.30 <SEP> 45%
<tb> 1.40 <SEP> 28%
<tb> 1.50 <SEP> 18%
<tb> 1.60 <SEP> 11%
<tb> 1.70 <SEP> 6%
<tb> 1, <SEP> 80 <SEP> 3 <SEP>%
<tb> 1.90 <SEP> 0% The first three numbers are given separately to show why refractive index ratios of less than 1.15 are not useful.
In such cases, the optimal distance exceeds the sphere diameter significantly and is so large that a low brightness of the reverse radiation is achieved and the brightness would decrease very quickly with increasing angle of incidence. With a smaller or larger distance than the optimum, an even lower brightness would be achieved. A refractive index ratio of 1.3 to 2 is preferred. Good results can also be achieved without a gap if the ratio is between approximately 1.6 to 2.0, the optimum being approximately 1.9.
If the separating layer 11 arranged between the lower parts of the cones and the reflective surface 20 has a refractive index that is substantially different from that of the layer 14, the result of the changed convergence of the rays impinging on the reflective surface is a different optimal distance than in the borderline case considered so far. When the refractive index of the layer 11 is reduced, the optimum spacing is reduced and when the refractive index is increased, it is increased.
In practice, the optimal distance can be determined by observation. The optimal distance is then that distance which, for an observer (or a photoelectric cell), which results in a maximum brightness of the reverse radiation in close proximity to the axis of a light beam bundle striking at an angle of incidence.
In practice, it may be useful to choose a distance that deviates from the optimal distance in order to achieve the most suitable Lichtrückstrah lers for a specific purpose. In doing so, one will generally take a somewhat smaller distance in order to increase the brightness of the reverse radiation for larger angles of incidence, the divergence of the Lielit rays reflected near the light source being somewhat greater.
In addition, the marriage marriages will not usually all have the same size. This can be ensured by using a distance that is a little too small. if a smaller amount of the beads is too far away from the reflective surface.
As a base 10 finite. specular or diffuse reflecting surfaces 20 can be a rigid material, such as. B. glass or Metallplat th, or a flexible material such. B. cloth, paper, film, metal foil, especially aluminum foil and the like, use. A metal coating can also be applied to the rear surface of the separating layer 11, e.g. B. zen electrically or by Aufsprit. Furthermore, a thin binder coating containing a reflective pigment can be applied to the back surface of the separating layer 11. The reflective layer does not have to be uniformly reflective over its entire surface area.
It can be produced by printing, embossing or painting in such a way that its surface has certain characters, numbers or letters and non-reflective or black areas. The reflective layer can form the surface of a signal of any kind, the visibility of which is increased at night by the effect of the reverse radiation, without its visibility being reduced during the day.
A highly specular reflective layer such as B. a silvery metal coating or an aluminum foil with a smooth surface, results in light rays that fall at small angles of incidence, the best visibility at great distances, but has the disadvantage that at large angles of incidence, the brightness of the reverse radiation is relatively low. The other extreme is in the case of diffuse reflective layers, for example a paint or a coating containing a scattering pigment (such as titanium dioxide), which ensures a strong reverse reflection for large angles of incidence and a high degree of visibility for small angles of incidence have long distances.
There is a transition between the two types of reflective layers described above in the case of a metallic, semi-reflective layer, for example a coating of an aluminum-containing paint in which the aluminum flakes are approximately parallel to the surface. The transparent separating layer 11 can consist of a preformed film of any thickness or it can be produced on site. by applying a layer of a liquid mass and the layer. on it to dry or solidify.
The transparent binder layer 12 is applied to the separating layer in the form of a liquid mass, a layer of such a thickness being produced that the subsequently applied spheres, which are pressed onto the separating layer below, are approximately half embedded. After the binder layer 12 has dried, the transparent layer becomes. 1-1 applied by covering the balls and the binder with a suitable liquid compound and smoothing the surface of the layer in order to obtain a smooth front surface when drying or hardening the compound.
By coloring the transparent separating slides 11 or the transparent layer. 1.1 or both layers, when using a white or shiny silver, reflecting base 10, a colored Re flexion can be achieved, which has a high intensity due to the strong reflection effect of such reflective layers. For this purpose, one can use a suitable dye or a transparent color pigment. use.
Because the beads are enclosed, they can be made of materials that could not be used if the beads were exposed to the atmosphere. Transparent, solid, organic compounds with a suitably high refractive index can be used. In general, inorganic types of glass that can easily achieve a high index of refraction are best. can be. Colored transparent spheres can also be used to produce colored light reflectors.
The upper limit for the globule size will in practice be a mean diameter of about 1.25 mm. The preferred size, however, does not exceed an average diameter of 0.25 mm. Excellent results have been achieved with a diameter of 0.125 to 0.13 mm. The beads should generally be sorted in such a way that their diameters do not deviate significantly from the mean diameter. The use of very small spheres enables light reflectors to be produced in the form of very thin and flexible leaves.
Extremely small balls, even those with a diameter of less than 0.025 mm, can be used for such blades. So let you see Lichtrückstrahler in forums of leaves with a total thickness of less than 0.125 mm easily produced. When using tiny spheres, it is also possible to use materials which, in the form of larger spheres, do not have sufficient transparency or clarity, since the light absorption is proportional to the sphere diameter.
The bundles of rays that emerge from the individual spheres merge in such a way that no individual spheres can be perceived by the naked eye even at close range, so that the reflection appears homogeneous over the entire surface of the light reflector.
FIG. 2 shows a light blue radiator which is similar to that of FIG. The transfer numbers 10 to 14 denote the dyke elements in both figures. The light reflector of FIG. 2, however, still has a transparent protective layer 15 which is rolled onto the smooth front surface 21 of the transparent layer 14 lying above the spherical layer.
The protective layer 15 can have the same refractive index as the layer 14. In the meantime, this protective layer 15 can have a different refractive index, which can be either smaller or larger than the refractive index of the layer 14 underneath. The refractive effect of the spheres is not influenced by this, nor does it result in any change in the angle at which inclined incident light shines on the spheres below, since they only pass from the atmosphere into the leg in two stages instead of one stage Balls are broken so that the final resulting angle is the same as if the protective layer 15 were not present.
The protective layer 15 can be produced by pouring a coating onto the front surface 21 of the layer 14. But it can also consist of a previously produced fila, which is fastened on the layer 14 be. The layer 14 can thus be selected with a view to its particular ability to bond with the spheres and its index of refraction with respect to that of the spheres, while these factors play no role in the choice of the protective layer 15. The material of the latter is specially chosen with a view to its weather resistance. It is preferably chosen so that it is also suitable for receiving print or color for adjusting signals etc. at the same time.
So-called shatterproof glass can also be used for the protective sight to achieve a very high level of resistance and durability.
In the embodiment shown in Figure 2, the light reflector is particularly well suited for the production of outdoor billboards to be delivered, the lettering or drawing of which you often want to change. For this purpose, the protective layer 15 can be provided with letters, symbols, drawings, etc.
by attaching colored, transparent films that have been fitted into the desired shape or painting on transparent colors, which results in the colored coating 16, designated 16 in FIG. 2, which acts as a colored Liebt filter, so that see a colored reverse reflection results, which contrasts with the colorless reverse radiation caused by the parts of the Lieltretroreflector that are not provided with the colored coating.
With the correct choice of #, 'elint7, ehielit 15 and the material of the colored coating, the latter can, if desired, be removed by using a solution without damaging the protective layer 15, so that the latter can be labeled again or a drawing can be painted on. In an analogous manner, colored films can be stripped off and replaced with others.
FIG. 3 shows an embodiment of the light reflector according to the invention, which is similar to that of FIG. However, the order is reversed in the manufacture of this light reflector. One begins with the transparent protective layer 15 by covering a transparent film, the front side of which is turned down, on the upper back with a binding material that forms the transparent layer 14 in which the layer of small transparent spheres 13 is partially embedded and is pressed in so deep that the balls touch the surface of the protective visor 15 or come to lie close to this, whereupon the binding agent is hardened by drying.
A material is then applied to the ball position, which after it has hardened, the transparent separating layer 11 bil det. The distance of the same from the reflective surface 20 is determined by the thickness of this layer 11 on the rear side of the balls. The balls should preferably be as uniform as possible, otherwise the distance between the larger balls will be significantly smaller than with the smaller balls.
The light retro-reflector of FIG. 4 has on the front side of a base 10 a pigmented, light-reflecting binding agent 16, in which a layer of small dense cones 13 with a high refractive index is partially embedded. The Ku rules 13 are provided with a concentric through-sighted coating 13 ', which sits a smaller refractive index than the balls 13 be.
The outer surface of the coating 13 'is a spherical surface and touches the reflective binder layer 16 along the parts embedded therein. Above the binder layer 16 and the protruding parts of the coatings 13 'of the balls 13, a transparent layer 14 is arranged.
The spherical coatings 137 and the layer 14 have the same refractive index, so that the spheres 13 are surrounded by an optically homogeneous medium and the incident light rays therefore do not converge before they strike the spheres. The spheres have a refractive index at least 1.15 times greater than the layer 14 and thus than this homogeneous medium and consequently have the same refractive effect as the spheres in FIG. 1. The light-reflecting surface 20 is through in this case the front surface of the binder layer 1.6 is formed in those places where it touches the lower sides of the ball coatings 13 '.
In this way, a light-reflecting surface is assigned to each ball, which is arranged at a distance from the internal side of the ball and is spherically concave. The thickness of the coating 13 'of the balls 13 depends on the particular distance between the balls 13 and the light-reflecting surface 20 in connection with the exemplary embodiment from FIG.
The parallel bundle of light rays c is incident at the angle of incidence zero and is focused on the surface of the reflective binder layer 16. The spherical covers 13 'and the transparent layer 14 can have different refractive indices, in which case the incident light rays are refracted on their upper sides when they pass into the covers 13'. In this variant, the optimal thickness of the train 13 'is changed.
The embodiment shown in Figure 4 has the advantage that it is inclined. Incident light to the level of the light reflector is reflected at points on the reflective surface that are equidistant from the center of the sphere. are like the point at which perpendicular rays of light are reflected. Thus, even with an increasing angle of incidence, the distance that the light rays traverse when they exit the ball to the light-reflecting surface remains the same, so that the brightness of the reverse reflection does not decrease with increasing angles of incidence. The sacred time of the reverse reflection of a light retro-reflector according to FIG. 4 at large angles of incidence is greater than in the case of light retro-reflectors whose reflective surface 20 is flat.
The light reflector of FIG. 5 differs from the light reflector shown in FIG. 4 in that the balls 1 3 have no coating and thus between the balls l3 and the light-reflecting surface 20 there is no distance. The balls 13 touch the binder see 16 directly.
As can be seen from FIG. 5, the parallel light rays d hit the front surface 21 of the transparent layer 14 at the angle of incidence zero and are refracted by the sphere in such a way that they converge to a point on the lower side of the sphere. The optimum ratio of the refractive index of the sphere to that of the layer 14 in this case is about 1.90. However, this ratio can also assume somewhat smaller or larger values.
As in the embodiment according to FIG. 4, a greater brightness of the reverse reflection at large angles of incidence than when using a flat reflective surface is achieved. For some purposes, great brightness at very large angles of incidence is the most important requirement that is placed on a light reflector. In such cases, the use of a light reflector with concave, light-reflecting surfaces 20 can be advantageous, even if the ratio of the breadth indices has a value that is significantly smaller than the optimal value for maximum brightness.
The light reflex reflector of Figure 6 differs from that of Figure 1 by a colored barrier layer 17, which is arranged between the sides of the balls. The binding medium layer 12, in which the small balls 13 are partially embedded, is dimensioned so that it does not extend all the way to the middle circumference of the balls. The barrier layer 17, which is arranged between the sides of the balls, lies above the binder layer 12. Its thickness is such that the front sides of the balls protrude from it.
The barrier layer 17 leaves a free optical opening on the front and back of each ball, so that it does not interfere with the reverse reflection of the light rays incident on the front of each ball, and the optical effect here is essentially the same as in connection with FIG 1 described. The normally incident paraxial rays c converge when passing through a sphere in a focal point on the surface 20 similar to the rays c in FIG. 1. Furthermore, inclined incident light return radiators are focused on the surface 20 in the same way as the rays h in FIG. 1.
Meanwhile, light rays impinging between the front sides of the sphere are prevented by the barrier layer from penetrating to reflect the base 10, as illustrated for the beam f. The blocking layer 17 is highly light-absorbing; (The incident rays are then largely absorbed, and the optical sheet appears darkly colored in daylight. The barrier layer does not necessarily have to completely block the passage of light; it can also be somewhat translucent. A barrier layer of a reflective type would cause a reflection of Lies with an appropriate color.
In both cases, in diffuse daylight, such a sheet gives the appearance of a continuously correspondingly colored surface. At night, however, the sight of the reflector is determined by the <I> type </I> of the base 10. The reason for this is as follows: The large number of small spheres per square meter prevents the observer's eye from seeing the individual spheres and the individual surface elements between the spheres. Can distinguish the barrier coating.
Because of the small size of the real interruptions, the optical sheet seems to have an uninterrupted structure. If the reflector is viewed in diffuse daylight, only a small part of the rays that strike the spheres shine in the right direction to reach the observer's eye through the reverse reflection. A much larger proportion of the incident rays are either absorbed or reflected by the colored barrier layer.
The relatively few rays which reach the observer's eye by reverse reflection are, so to speak, covered by the action of the front surface of the barrier. This creates the illusion that the reflector has an uninterrupted coating with a color of the same color as the barrier. However, if the reverse reflection is perceived at night, e.g. B. by the people in an approaching motor vehicle whose headlights the reflex reflector favor th, the illuminating light rays fall essentially from the direction of the observer's eye line on the rear reflector, and a large part of the observed reflected rays is from the base 10 been reflected.
Even if the barrier layer is reflective, only a small part of the observed rays will be reflected by the barrier layer, since most of the rays emitted by the latter emerge at such angles that they do not return to the observer. As a result, the effect of the barrier layer is now covered by that of the base, and the illusion arises that the reflector has an uninterrupted light color coating of the same color as the base 10.
As an example, consider the case where the backing is aluminum foil while the barrier coating is black. During the day the reflector appears evenly black over its entire surface; when there is reverse reflection at night, however, it appears uniformly silver over its entire surface. Or suppose the barrier is orange: then the leaf will appear orange by day and silver by night.
The light reflector of FIG. 7 differs from that of FIG. 6 in that the colored layer 17 is transparent.
In this case, the light rays impinging between the balls penetrate through the layer 17 and hit the support 10 like the beam g. The reflected light will be colored as a result of the light filter effect of the transparent, colored layer 17 through which it passes again. If z. B. the layer 17 is reddurehlässig and the base 10 is silver, the rear reflector is red during the day, but appear silver at night. The light reflectors described have the advantageous property of having a smooth front.
Rain does not reduce the brightness of the reverse reflection, as the small balls are not exposed to rain and the incident and reflected light can penetrate layers of water on the smooth outer surface. Raindrops falling on the surface are only a momentary disturbance, and at any given moment this disturbance is limited to various, extremely small areas. This feature is of great value when a light radiator is to be used outdoors, and enables signals and markings to be produced with significantly better visibility on regular nights.
This property is also very advantageous, for example, when the present light radiators are used to produce reflective surfaces on buoys that are washed with water in stormy weather and are also exposed to rain.
The influence of water droplets on the outer surface can be further reduced by providing this surface with a wetting agent so that water droplets quickly work out into a film. The surface can also be made water-repellent, so that raindrops or water splashes quickly run off the smooth surface. The following properties of the existing light radiators with a smooth (not provided with a lenticular) front surface are also worth mentioning.
Less dust accumulates on the surface of the light reflectors described than on that of reflectors with a fixed front surface. The dust can be easily removed by washing, wiping or tapping. The reflectors described are therefore well suited to bring to the back of Kraftfahrzeu conditions and railroad cars. The light reflector can also be polished to achieve a clean, shiny surface.
By using a light reflector according to FIG. 6, it can be achieved that those surface parts of a body that are provided with the light reflector have the same appearance during the day as the rest of the surface parts, for example black, while those provided with the light reflector When illuminated by a bundle of rays, parts of the surface light up, for example red or white. These possible combinations allow the use of the described enclosed light reflectors to produce large-area warning signs on the back of motor vehicles and railroad cars to increase the safety of traffic at night.
In addition, when producing signals, the smooth surface of the light reflector can be printed and painted more easily than a gridded surface. If desired, halftone printing can also be used. If you make a mistake while painting over, you can easily remove the paint from the surface using a rag moistened with a solvent and start over, which is not possible with gridded surfaces. On the front of the surface of the light reflector applied coatings of transparent colors do not interfere with the process of reverse reflection, while rend with light reflectors with a rastered front surface such coatings disrupt or prevent the state of reverse reflection.
In the following, the production of a thin, flexible, weather-resistant light reflector of the type shown in FIG. 1 is described in detail, in which the base 10 consists of a pigmented film. The reflector can be made by putting on the layers 10 to 14 on a Trä gerblatt made of paper, which is subsequently removed and re-used, or which is retained as a protective sheet that is only withdrawn when the light reflector is used. The light reflector can be produced in this production method in the form of continuous strips of great length and ge in the form of rolls.
The carrier tape is made from heavily calendered paper onto which a coating of the following solution is rolled in an amount of 5.4 to 6.3 mg / cm 2.
EMI0012.0008
Parts by weight
<tb> Castor oil <SEP> (heavily <SEP> blown) <SEP> 100
<tb> Synthetic resin solution <SEP> (with <SEP> a <SEP> content
<tb> of <SEP> 50% <SEP> solid <SEP> components) <SEP> 200
<tb> Solution <SEP> of a <SEP> curing catalyst <SEP> 1 The synthetic resin solution used is a 50% solution of a heat-curable urea-formaldehyde resin in a solvent made up of 60 parts of butyl alcohol and 40 parts of xylene .
The heavily blown castor oil serves as a plasticizer. The catalyst solution is a 50% solution of sesqui-methylphosphate in ethylene glycol: ol-monoethyl ether. The coating can be dried and cured by passing the carrier tape through an oven and subjecting it to a temperature of 60 ° C. for 15 minutes and then to a temperature of 8 ° C. for 30 minutes.
The coating then adheres firmly to the paper and forms a smooth surface for receiving the reflective base 10. The composition of the coating of the carrier tape was chosen so that when the base 10 is applied in the form of a solution, the latter has a good wetting effect and initially adheres firmly to the surface of the carrier tape, whereas the base 10, after drying and hardening, only adheres so strongly to the carrier tape that it can be stripped off later if desired.
To produce a flexible, waterproof, reflective base 10 that is removably adhered to the carrier tape, a film-forming material of the composition given below can be used, which is applied in an amount of 10.4 to 12.5 mg / cm2 by means of a doctor blade with the said coating provided surface of the carrier tape is applied.
EMI0013.0001
Parts by weight
<tb> Titanium dioxide <SEP> dpigment <SEP> 35
<tb> polymer <SEP> N-butyl methacrylate resin <SEP> 16
<tb> polymer <SEP> isobutyl methacrylate resin <SEP> 7 <SEP> 6
<tb> Xylene <SEP> (volatile <SEP> solvent) <SEP> 33 The titanium dioxide is a white pigment. However, colored pigments can also be used in order to achieve a colored reverse reflection (e.g. lead chromate for producing a yellow reflective base 10).
The pigment is incorporated into the resin solution using a roller paint mill. The polymeric resins are already fully polymerized or hardened, so that only the solvent has to be evaporated to harden the applied material, which is achieved by heating the tape for 20 to 30 minutes at 60 C and then for 30 to 45 minutes at 88 C can happen.
Next, the separating layer 11 is applied by applying a solution of the composition given below by means of rollers to the reflective base 10 in an amount which, after drying, is the required to obtain a film in relation to the diameter of the balls to be used Has thickness is sufficient.
EMI0013.0003
Parts by weight
<tb> polymer <SEP> N-butyl methacrylate resin <SEP> 45
<tb> Xylene <SEP> (volatile <SEP> solvent) <SEP> 55 In the present example, the coating-forming solution is applied in an amount of 3.3 to 4.2 mg / cm2 in order to obtain a film that is im when dried has a thickness of about 0.021 to 0.022 mm and a refractive index of about 1.48.
Drying is carried out by heating at 60 ° C. for about 25 to 30 minutes and then at 88 ° C. for 30 to 45 minutes.
The transparent binder layer 12 is then applied by rolling the same n-butyl methacrylate solution onto the surface of the separating layer 11 in an amount sufficient for the correct arrangement of the balls. In the present example, this amount is 2.1 to 3.7 mg / cm2. While the applied material is still moist, glass balls 13 are applied in an amount greater than that required to achieve a single location. The balls sink into the moist binder layer 12 until they come close to the upper surface of the separating layer 11 or touch the same. This makes it easier to classify the balls. be that one leads the tape over a vibrating device.
The ribbon can then be passed down around a roller to let the excess beads fall off. To dry the binding agent sheet 12, the tape is then heated at 60 ° C. for 20 to 30 minutes and at 88 ° C. for 20 to 30 minutes. In this example, lead silicate glass balls with a refractive index of about 2.04 and a diameter of about 0.038 to 0.075 mm are used.
Thereupon the transparent layer becomes. 14 is applied by rolling a solution of the composition given below over the balls in such an amount that the dry layer covers the front sides of the balls and has a smooth front surface.
EMI0013.0015
Parts by weight
<tb> polymer <SEP> N-butyl methacrylate resin <SEP> 25
<tb> polymer <SEP> isobutyl methacrylate resin <SEP> 25
<tb> Xylene <SEP> (volatile <SEP> solvent) <SEP> 50 In the present example, the solution is applied in an amount of 12.5 to 14.6 mg / em2.
To dry the coating, the tape is heated at 30 ° C. for 25 to 35 minutes and then at 88 ° C. for 45 to 60 minutes. The refractive index of the dried layer is about 1.48. The finished light reflector tape can be removed from the carrier tape at any time.
The light reflector strip obtained in this way is extremely thin and flexible, but nevertheless strong and can be supplied in roll form. It is easy to cut into pieces of any shape you want. The light emitter tape detached from the carrier tape has a thickness of about 0.2 mm, a tensile strength of about 1.4 kg per centimeter of width and an elongation when tearing of about 17%. The number of glass beads embedded per square centimeter exceeds 15,500.
Samples of this light reflector tape were tested for weather resistance in Houston, Texas, USA, where very severe weather conditions are known, in a vertical position with the front quaking south. After ten months, these samples were examined. No visible damage whatsoever was found, even with careful microscopic examination. The reverse reflection brightness of these samples was still the same as that of a non-weathered control sample. Samples were also exposed to the weather in Saint-Paul, Minnesota, USA, and found to be weatherproof.