DE102016001543A1

DE102016001543A1 - Retro-Rückstrahler

Info

Publication number: DE102016001543A1
Application number: DE102016001543.8A
Authority: DE
Inventors: Thomas Luce; Alexander von Hoffmann
Original assignee: Optoflux GmbH; Georg Simon Ohm Hochschule fuer Angewandte Wissenschaften Fachhochschule Nurnberg
Current assignee: Optoflux GmbH; Georg Simon Ohm Hochschule fuer Angewandte Wissenschaften Fachhochschule Nurnberg
Priority date: 2016-02-10
Filing date: 2016-02-10
Publication date: 2017-08-10

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Reflexionsflächen (30, 31, 32) eines Retro-Rückstrahlers (1) mit mindestens drei einen Tripelspiegel (12) bildende Reflexionsflächen (30, 31, 32), welche ein Würfeleckenreflexelement (13) bilden und zueinander unter einem Winkel von 90° angeordnet sind, um einfallende Lichtstrahlen (6) durch Totalreflexion zu reflektieren, um in einem Brennpunkten erhöhter Lichtintensität gebündelt zu werden. Die einfallenden Lichtstrahlen (6) werden unter einem Betrachtungswinkel (8) von 20' zu den einfallenden Lichtstrahlen (6) von einem oder mehrerer Tripelspiegel (12) auf einen vorbestimmten Prüfpunkt (16) eines Detektors (15) zur Maximierung der Lichtintensität fokussiert reflektiert,
wobei die Tripelspiegel (12) geometrisch so ausgebildet sind, dass die auftreffenden Lichtstrahlen (6) unter 20' Betrachtungswinkel (8) zum vertikal ausgerichteten Retro-Rückstrahler (1) auf einen Prüfpunkt (16) eines Detektors (15) reflektiert werden, um für ein damit ausgestattetes Fahrzeug eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass sie vergleichsweise zu einer Maximierung der Lichtintensität führt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Retro-Rückstrahler, insbesondere die Reflexionsflächen von Tripelspiegeln eines Retro-Rückstrahlers zur Verwendung an Heck- und/oder Seitenbereichen von Fahrzeugen, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein mit derartigen Retro-Rückstrahlern ausgestattetes Fahrzeug.
Aus der DE 10 2010 015 298 A1 ist ein Rückstrahler, insbesondere für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug bekannt. Hierzu wird ein optisch wirksamer Körper mit einer Lichteintritts-/Lichtaustrittsfläche und wenigstens einem der Lichteintritts-/Lichtaustrittsfläche gegenüber liegenden Seite angeordneten retroreflektierendes Reflexionselement verwendet. Das Reflexionselement ist hierbei derart ausgebildet und angeordnet, dass von außen auf den Rückstrahler auftreffende Lichtstrahlen durch die Lichteintrittsfläche auf das Reflexionselement gelenkt werden, um dort in wenigstens einem der Reflexionselemente in Einfallsrichtung zurück reflektiert zu werden. Hierbei verhält sich der Reflexionswinkel der zurück reflektierten Lichtstrahlen wie der Einfallswinkel der Lichtstrahlen, so dass die Lichtstrahlen im Wesentlichen parallel zur Lichtquelle reflektiert werden. Die im Wesentlichen ebene Lichteintrittsfläche ist hierbei schräg zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs orientiert, wobei wenigstens in ein Reflexionselement einfallende Lichtstrahlen unter einem von der Lichteintrittsfläche bestimmten Ablenkwinkel, der die Winkelhalbierende zwischen wenigstens zwei Reflexionsflächen des optischen Körpers bildet, reflektiert werden. In einer weiteren Ausgestaltung ist es möglich, dass die Lichteintrittsfläche des Rückstrahlers als konvex gekrümmte Fläche ausgebildet sein kann. Unabhängig von der Ausgestaltung der Lichteintrittsfläche können die Reflexionselemente in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet sein. Zur Steigerung der Reflektion sind die reflektierenden Flächen des optisch wirksamen Körpers beispielsweise mit einer Verspiegelung versehen.
Die EP 0 342 958 B1 zeigt ein effizientes Material für einen Würfelecken Retroreflektor, wobei eine Vorderseite des Rückstrahlers transparent ausgeführt ist und die Rückseite des Retroreflektors zur Reflektion von einfallenden Lichtstrahlen würfelförmige rückstrahlende Elemente aufweist. Hierbei ist die Oberflächenschicht als rechteckiger Boden ausgeführt. Weiter sind zwei rechteckig nahezu senkrecht zueinander angeordnete Flächen vorgesehen, wobei jede mit einem Rand des rechteckigen Bodens verbunden ist. Zwei dreieckige Flächen, die ungefähr parallel zueinander verlaufen und ungefähr senkrecht zu den rechteckigen Flächen ausgerichtet sind, bilden mit ihren Enden die reflektierenden Elemente, wobei die dreieckigen und rechteckigen Flächen zwischen sich ein Paar Würfelecken ausbilden.
Durch diese Ausrichtung und dem Verlauf dieser Flächen entstehen im Schnittbereich zueinander Furchen, durch welche die rückstrahlenden Elemente gebildet werden. Durch einen ersten und einen zweiten Satz Furchen, von denen ein Flächenpaar nahezu senkrecht zum rechteckigen Boden verläuft, ist mindestens ein Satz Furchen in seinem Furchenseitenwinkel (nahezu senkrechtes Flächenpaar zum rechtwinkligen Boden) geringfügig abweichend ausgebildet. Die würfelförmigen rückstrahlenden Elemente zeigen somit geringfügige Abweichungen auf, was letztendlich zu einer Streuung des reflektierten Lichts führt.
Ein rückstrahlender Gegenstand der DE 37 89 200 T2 ist auf einer Seite durch eine Anordnung von würfelförmigen rückstrahlenden Elementen aufgebaut, wobei die rückstrahlenden Elemente aus drei reflektierenden Seitenwänden gebildet werden. Diese Seitenwände weisen drei einander kreuzende Sätze paralleler V-förmiger Furchen auf, die durch Furchenseitenwinkel bestimmt werden. Dieser Furchenseitenwinkel wird gebildet durch den Winkel zwischen der Seite der Furche und einer Ebene, die sich parallel zur Länge des Furchenwinkels und senkrecht zu den unteren Kanten der drei weiteren kreuzenden V-förmigen Furchen verläuft. Hierbei wiederholen sich die Muster wenigstens zwei Sätze voneinander unterschiedlicher Furchenseitenwinkeln, so dass durch diese unterschiedlichen Furchenseitenwinkel würfeleckige rückstrahlende Elemente in sich wiederholenden Unteranordnungen gebildet werden, welche eine Vielzahl von charakteristischen Formen umfassen. Wenigstens eine dieser Formen ist als ein nichtorthogonales würfeleckiges Element ausgebildet, welches einfallendes Licht in einem charakteristisch geformten Lichtmuster zurückstrahlt.
Die WO 94/18581 zeigt ein Abformwerkzeug zur Herstellung eines Tripelspiegels, bei der auf der abzuformenden Seite sich periodisch wiederholende Strukturelemente in Form von drei aneinander grenzenden Flächen eines Würfels vorgesehen sind und dessen Raumdiagonalen senkrecht zu der Ebene ausgerichtet sind. Eine Vielzahl von senkrecht aufeinander stehenden Quadratseiten bilden ein Strukturelement, welches in einer Anzahl von Lamellen mit zwei planen Seitenflächen und einem treppenförmigen Kantenbereich zusammengefasst sind, wobei die Seitenflächen der Lamellen miteinander verbunden werden und sich die Kantenbereiche der Lamellen berühren. Benachbarte Lamellen sind zueinander über einen fest bestimmten Betrag versetzt angeordnet, wobei die Lamellen mit der Ebene einen Winkel von 54,736° bilden.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, Reflexionsflächen eines Retro-Rückstrahlers so zu gestalten und anzuordnen, dass eine Fokussierung der einfallenden Lichtstrahlen in einem Punkt erreicht wird und für eine der eingangs genannten Art bzw. für ein damit ausgestattetes Fahrzeug eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass sie vergleichsweise zu einer Maximierung der Lichtintensität führt.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände des unabhängigen Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, dass Retro-Rückstrahler mit Tripelspiegel ausgeführt werden, wobei die Tripelspiegel wenigstens drei Reflexionsflächen aufweisen, die zueinander in einem 90° Winkel angeordnet ausgerichtet sind. Diese Reflexionsflächen bilden ein Würfeleckenreflexelement, die im Wesentlichen die einfallenden Lichtstrahlen so reflektieren, dass sich diese Lichtstrahlen in beispielsweise sechs Punkten mit erhöhter Lichtintensität fokussieren. Durch eine Optimierung der Reflexionsflächen und durch geeignete Winkelanstellungen der Reflexionsflächen zueinander ist es möglich von den zuvor genannten sechs Fokuspunkten eine Konzentration dieser auf nur noch zwei Fokuspunkte mit entsprechend hoher Lichtintensität auszurichten. Eine weitere Zusammenführung dieser beiden Fokuspunkte auf nur noch einen Fokuspunkt/Prüfpunkt scheint nur durch das Ausrichten der Reflexionsflächen der Würfeleckenreflexelemente der Tripelspiegel nicht einfach erreichbar zu sein.
Um die reflektierende Gesamtfläche eines Retro-Reflektors zu minimieren und dabei ein Maximum an Lichtintensität zu gewährleisten, sollen die einfallenden Lichtstrahlen auf nur einen Fokuspunkt/Prüfpunkt reflektiert werden. Dies ist vorteilhaft, da beispielsweise bei einem Fahrzeug-Retro-Reflektor das zu reflektierende Licht als Maximum etwa auf die Sichtposition des Fahrers reflektiert werden soll. Die Sichtposition des Fahrers, auf der die reflektierten Lichtstrahlen in einem Fokuspunkt auftreffen sollen, liegt hierbei in einem Winkel von 12' bzw. 20' oberhalb der horizontal auf den Retro-Reflektor und somit im Wesentlichen parallel zur Fahrbahn von einer Lichtquelle (Fahrzeug) ausgesandten Lichtstrahlen. Wie bereits erwähnt scheint hier die reine Variation der Reflexionsflächen der Würfeleckenreflexelemente nicht mehr auszureichen, um diesen einen Fokuspunkt erzeugen zu können. Erfindungsgemäß sind daher diese Reflexionsflächen der Würfeleckenreflexelemente (bisher jeweils eine ebene Fläche) als reflektierende Fläche in mehrere einzelne reflektierende ebene Flächen unterteilt, wobei benachbarte einzelne reflektierende ebene Flächen mit jeweils einer Kante zusammen eine Kontaktlinie bilden. Diese Kontaktlinie ist somit die Trennung zwischen zwei einzelnen reflektierenden ebenen Flächen. Jede dieser einzelnen reflektierenden ebenen Flächen haben einen eigenen Fokuspunkt, den es gilt, durch geeignete Anstellungen der einzelnen reflektierenden ebenen Flächen zueinander so auszurichten, dass deren reflektiertes Licht sich in dem zuvor beschriebenen einen Fokuspunkt treffen, bzw. bündeln. In der Regel wird diese winkelige Ausrichtung zueinander in einem Winkelbereich kleiner 10° zu realisieren sein. Hierbei ist es natürlich möglich, dass die sich in den Kontaktlinien berührenden einzelnen reflektierenden ebenen Flächen zusammen betrachtet eine konkave oder eine konvexe Form bilden. Durch diese Anordnung kann gewährleistet werden, dass sich die reflektierten Lichtstrahlen in dem einen Fokuspunkt treffen. Diese Bedingung und Ausführung gilt selbstverständlich für jede einzelne reflektierende ebene Fläche eines jeden Würfeleckenreflexelements eines Tripelspiegels und somit für eine Vielzahl dieser Anordnungen. Die Flächenerstreckung des Retro-Reflektors bestimmt mit der Anzahl und der Ausführung der Tripelspiegel die Intensität des im Fokuspunkt zusammengeführten Lichts, was zur Erfüllung von Gesetzesvorgaben zur Reflexion von auftreffendem Licht von Bedeutung ist. Hierdurch wird die Rückstrahlereffizienz ermittelt und bestimmt.
Bei der Ausführung der Reflexionsflächen der Tripelspiegel, hier beispielsweise drei unter 90° zueinander angeordnete Reflexionsflächen, kann jede dieser Reflexionsflächen die gleiche Ausgestaltung von Anzahl und zueinander ausgerichteter einzelner reflektierender ebener Flächen aufweisen. Auch ist es möglich, dass die Abmessungen der einzelnen reflektierenden ebenen Flächen voneinander unterschiedlich ausgestaltet sind und die winklige Positionierung zueinander ebenfalls von einer einzelnen reflektierenden ebenen Fläche zur nächsten optimiert und somit unterschiedlich sein können. Das beschränkt sich nicht nur auf die einzelnen reflektierenden ebenen Flächen einer der drei Reflexionsflächen, sondern auf alle drei Reflexionsflächen einer Tripelspiegelanordnung. Auf diese Weise ist es möglich, dass alle Tripelspiegel mit ihren Reflexionsflächen und diese mit einzelnen reflektierenden ebenen Flächen versehen, sich in vollständig unterschiedlichen Winkelstellungen zueinander über den gesamten Retro-Reflektor erstrecken, was bedeutet, dass jeder Winkel unterschiedlich ist und sich in der Kombination wenigstens einer benachbarten einzelnen reflektierenden ebenen Fläche nicht wiederholt.
Die reflektierenden Flächen und somit alle einzelnen reflektierenden ebenen Flächen sind so gestaltet und angeordnet, dass das einfallende Licht durch Totalreflektion in Richtung der Lichtquelle zurückgestrahlt wird. Auch besteht die Möglichkeit, dass diese Flächen durch ein geeignetes Verfahren verspiegelt sein können.
In einer weiteren Ausführungsvariante sind die Reflexionsflächen der Tripelspiegel zur optimalen Reflexion von Lichtstrahlen als Freiform-Reflexionsfläche ausgestaltet. Hierbei ist die gesamte Reflexionsfläche als gekrümmte Fläche oder als mehrfach gleichsinnig oder gegensinnig gekrümmte Fläche ausgeführt. Somit können konkave Flächenteile in konvexe Flächenteile unterschiedlicher Erstreckung und Ausgestaltung übergehen. Unabhängig von mathematisch eindeutig beschreibbaren Geometrieverläufen von Flächenformen wie beispielsweise Ellipsen- oder Sphärenoberflächen können selbstverständlich auch mathematisch undefinierte Flächenformen aus empirisch ermittelten Daten für optimale Reflexion von einfallendem Licht zur Reflexion auf den Fokuspunkt bei der Flächengestaltung/Freiformflächengestaltung verwendet werden. Zur Ermittlung dieser Flächendaten können beispielsweise numerische Optimierungsverfahren zur Anwendung kommen, wobei die dabei ermittelten Daten der Maximierung der zu reflektierenden Lichtstrahlen auf den Fokuspunkt unter beispielsweise 20' nach ECE und 12' nach SAE des Betrachtungswinkels entsprechen.
Diese Freiform-Reflexionsflächen können sich über die gesamte Reflexionsfläche oder nur über Teilbereiche oder mehrere Teilbereiche erstrecken. Mit dieser Freiformflächengestaltung können einfallende, auf die Reflexionsflächen auftreffende Lichtstrahlen auf den einen Fokuspunkt reflektiert werden und somit die Lichteffizienz des Retro-Rückstrahlers weiter gesteigert werden. Durch diese intensive Lichtreflektion kann der Retro-Reflektor in seiner flächigen Erstreckung kleiner ausgeführt werden, bzw. in seiner Geometrie freier gestaltet werden.
Ebenso ist es möglich, dass die zuvor beschriebene Ausgestaltung der Reflexionsflächen durch einzelne reflektierende ebene Flächen mit einer Freiformflächenausführung kombiniert werden kann. Hierzu können einzelne reflektierende ebene Flächen in eine angrenzende Freiformfläche übergeleitet werden oder wenigstens zwei einzelnen reflektierenden ebenen Flächen durch eine Freiformfläche beabstandet sein. Auch ist es möglich, dass beispielsweise ein Teil einer einzelnen reflektierenden ebenen Fläche Teilbereiche eine Freiformfläche aufweist. Somit wird es möglich, dass bei einzelnen reflektierenden ebenen Flächen deren Eckbereiche, welche eine ungünstige Reflexionsposition aufweisen durch derartige Freiformflächen zur Steigerung der Lichteffizienz im Fokuspunkt genutzt werden können.
Um beispielsweise bei gekrümmten (auch mehrfach unterschiedliche Krümmungen) Retro-Reflektoren eine optimale Rückstrahleffizienz zu erreichen, können die einzelnen reflektierenden ebenen Flächen in eine Vielzahl weiterer kleiner Segmente unterteilt werden, welche wie zuvor bereits beschrieben, die Eigenschaften der gesamten Reflexionsfläche des Tripelspiegels aufweisen können. Es wird somit möglich, dass einzelne reflektierende ebene Flächen als Teil einer gesamten Reflexionsfläche viele einzelne reflektierende ebene Flächen als Segmente mit unterschiedlicher flächiger Erstreckung und mit zueinander unterschiedlichen Winkeln zur Ausrichtung auf den gemeinsamen einzelnen Fokuspunkt aufweisen können. Auch ist es hierbei denkbar, dass die einzelnen Segmente Kombinationen aus einzelnen reflektierenden ebenen Flächen und wenigstens teilweise aber auch ganzheitlich Freiformflächen aufweisen können. Die Zusammenstellung bzw. Kombination unterschiedlich ausgestalteter Segmente kann, wie zuvor bereits für die einzelnen reflektierenden ebenen Flächen sowie Freiformflächen beschrieben, alle auf einer derartigen Fläche und aus allen Richtungen auftreffende Lichtstrahlen gezielt und mit höchster Effizienz auf den gemeinsamen einen Fokuspunkt reflektieren. Diese Reflektion findet vorzugsweise durch Totalreflektion statt, wobei die Spiegelsegmente aber auch verspiegelt sein können.
Bei allen zuvor genannten Ausführungen der Reflexionsflächen (ebene und einteilige Reflexionsflächen, mehrteilige winklig angestellte ebene Reflexionsflächen, Freiformflächen, Kombinationen aus Freiformflächen mit einteiligen und/oder mehrteiligen ebenen Reflexionsflächen, zusätzlich mit Segmenten aufgeteilte mehrteilige ebene und/oder mit Freiformflächen und/oder Kombinationen aus diesen versehenen) kann die Herstellung des Retro-Reflektors einstückig durch ein spezielles Feinfräsverfahren, einem sogenannten Ultrapräzisionsfräsen mit Diamantwerkzeugen erfolgen. Ebenso ist es möglich, dass zur Herstellung dieses einstückigen Retro-Reflektors ein spezielles materialabtragendes Laserverfahren zum Einsatz kommen kann.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
1 eine prinzipielle Prüfanordnung zur Messung der Effizienz der Lichtintensität eines Retro-Rückstrahlers,
2 eine Anordnung zweier Tripelspiegel mit Reflexionsflächen bei der jeweils wenigstens eine der Reflexionsflächen aus mehreren ebenen aneinander angrenzenden Reflexionsflächen aufgebaut ist,
3 einen Tripelspiegel mit einer aus einer Freiformfläche bestehenden Reflexionsfläche,
4 einen Tripelspiegel mit einer aus einer Kombination von ebenen und Freiform-Reflexionsflächen aufgebauten Reflexionsflächen, wobei einzelne dieser Reflexionsflächen in eine Vielzahl von ebenen Flächen und Freiformflächen untergliedert sind,
5 einen Retro-Reflektor mit Würfeleckenreflexelementen, welche jeweils mit drei Reflexionsflächen einen Tripelspiegel bilden.
In 1 ist prinzipiell eine Prüfanordnung 2 zur Messung der Effizienz der Lichtintensität eines Retro-Rückstrahlers 1 dargestellt. Hierzu werden Lichtstrahlen 6 von einer Lichtquelle 5 in nahezu paralleler Ausrichtung zu einer Fläche/Ebene 3, beispielsweise einer Fahrbahn 3, abgestrahlt. Bei dieser Prüfanordnung 2 trifft das abgestrahlte Licht auf eine Reflexionsfläche 10 eines Tripelspiegels 12 des Retro-Rückstrahlers 1, wobei bei idealisierter Betrachtung der Lichtstrahl 6 von einer punktförmigen Lichtquelle 5 auf die Reflexionsfläche 10 in einem Reflexionspunkt 9 reflektiert wird. Selbstverständlich werden im realen Modell eine Vielzahl von Lichtstrahlen in gleicher Art und Weise auf die Reflexionsfläche 10 auftreffen und von dieser entsprechend reflektiert werden.
Bei der vorliegenden Prüfanordnung 2 wird das im Reflexionspunkt 9 auf die Reflexionsfläche 10 auftreffende Licht nach einer ECE Verordnung unter einem Beobachtungswinkel 8 von beispielsweise 20', bezogen auf die parallele Fläche bzw. der Fahrbahn, nach oben als reflektierter Lichtstrahl 7 auf einen Detektor 15 reflektiert. Der so auf den Detektor 15 auftreffende reflektierte Lichtstrahl 7 wird in einem Prüfpunkt 16 bzw. einem Fokuspunkt 16 gebündelt abgebildet. Die Bündelung entsteht hierbei durch die Reflexion auf der Reflexionsfläche 10, wobei diese Reflexionsfläche 10 eine nahezu ebene Fläche darstellt. Die Reflexion des Lichtstrahls 6 auf der Reflexionsfläche 10 erfolgt durch Totalreflexion auf dieser. Selbstverständlich ist es möglich, dass diese Reflexionsfläche 10 durch ein geeignetes Verfahren eine Verspiegelung aufweisen kann.
Der Beobachtungswinkel 8 von 20' entspricht einer Messvorgabe nach ECE, wobei eine weitere Messvorgabe nach SAE einen Beobachtungswinkel 8 von 12' vorsieht. Entsprechend dem zu Grunde gelegten Messverfahren (ECE oder SAE) sind die geometrischen Auslegungen bzw. Ausgestaltungen der Reflexionsflächen (10, 30, 31, 32) entsprechend anzupassen, damit der Prüfpunkt/Fokuspunkt 16 auf dem Detektor 15 realisiert werden kann.
Entsprechend 2 ist eine Anordnung zweier Tripelspiegel 12 mit Reflexionsflächen 10, bei der jeweils wenigstens eine der Reflexionsflächen 10 aus mehreren aneinander angrenzenden ebenen Reflexionsflächen 20 aufgebaut ist, abgebildet. Die Form und/oder Größe der ebenen Reflexionsflächen 20 kann in sich wiederholender Weise gleichartig ausgeführt sein, wobei es aber auch möglich ist, dass diese voneinander abweichend unterschiedlich ausgeführt sein können. Somit ist es möglich, dass eine im Wesentlichen rechteckige, ebene Reflexionsfläche 20 an eine beispielsweise dreieckige oder sonstige geometrische ausgestaltete ebene Reflexionsfläche 20 angrenzt. Auch ist es denkbar, dass diese ebenen Reflexionsflächen 20 beispielsweise mit einer oder mehreren ihrer Begrenzungskanten als gekrümmte Begrenzungskanten ausgeführt sind.
In einer weiteren Ausführung kann zumindest teilweise oder auch vollständig diese ebene Reflexionsfläche 20 in sich gekrümmt sein, wobei eine solche ebene Reflexionsfläche 20 einerseits eine gerade Reflexionsflächenbegrenzung aufweist und auf der gegenüberliegenden Seite eine gekrümmte Reflexionsflächenbegrenzung aufweist und somit von einer ebenen Reflexionsfläche 20 in eine gekrümmte Reflexionsfläche 21 übergeht.
Die Aufteilung in mehre ebene Reflexionsflächen 20 und/oder in gekrümmte Reflexionsflächen 21 ist der Zielsetzung, einfallende Lichtstrahlen 6 mit höchster Effizienz auf den Prüfpunkt 16 des Detektors 15 zu reflektieren zurück zu führen. Hierbei sind übergehende, ebene Reflexionsflächen 20, welche sich in Kontaktlinien 11 berühren, zueinander in einem überwiegenden Winkel kleiner 10° angeordnet. Diese winklige Zuordnung der Reflexionsflächen 20, 21 zueinander ist eine Funktion der einfallenden Lichtstrahlen 6 zur Reflexion auf den Prüfpunkt 16 des Detektors 15, wobei diese winklige Zuordnung entsprechend der gesetzlichen Vorgaben des bestimmten Prüfverfahrens mit 20' nach ECE oder 12' nach SAE ausgelegt sind.
Zur optimalen Reflexion der einfallenden Lichtstrahlen 6 auf den Prüfpunkt/Fokuspunkt 16 des Detektors 15 kann es notwendig sein, insbesondere bei seitlich einfallenden Lichtstrahlen 6, die Reflexionsflächen 10 entsprechend der 3 mit gekrümmten Reflexionsflächen 22 zu gestalten. Mittels dieser gekrümmten Reflexionsflächen 22 können alle Bereiche der Reflexionsflächen 10 optimal zur Reflexion auf den Prüfpunkt/Fokuspunkt 16 des Detektors 15 ausgelegt und genutzt werden. Die Ausgestaltung einer solchen gekrümmten Reflexionsfläche 22 kann hierbei beispielsweise durch eine Freiformfläche erfolgen. So ist es zum Beispiel möglich, dass von konkaven Geometrien diese auf konvexe Geometrien oder sonstigen beliebigen freien Geometrieformen wechseln können. Dieser Wechsel kann unter anderem sprunghaft oder fließend in einem kontinuierlichen Übergang erfolgen. Natürlich kann solch eine Freiformfläche in sich selber wiederum einen einfachen oder mehrfachen gekrümmten Verlauf aufweisen.
Als zusätzlichen Vorteil ist die Gestaltung der Reflexionsfläche 22 als Freiformfläche bei einfach oder mehrfach gekrümmten bzw. gebogenen Retro-Reflektoren 1 anwendbar. Die hierbei meist schräg einfallenden Lichtstrahlen 6 können somit sicher und vollständig auf den Prüfpunkt/Fokuspunkt 16 des Detektors 15 reflektiert werden. Durch eine solche optimale Lichtreflexion auf den Prüfpunkt/Fokuspunkt 16 des Detektors 15 kann eine sehr hohe Lichtintensität erreicht werden, was wiederum dazu verwendet werden kann, die gesamten Abmessungen des Retro-Reflektors so gering als möglich auszulegen.
In 4 ist ein Tripelspiegel 12 mit einer aus einer Kombination von ebenen und gekrümmten-/Freiform-Reflexionsflächen 20, 21 aufgebauten Reflexionsflächen 10 dargestellt, wobei einzelne Reflexionsflächen 20, 21 in eine Vielzahl von ebenen und/oder gekrümmten Flächen/Freiformflächen untergliederten segmentierte Reflexionsflächen 23 ausgeführt sind. Die Ausführung von Reflexionsflächen 20, 21 in einer Vielzahl von segmentierten Reflexionsflächen 23 ermöglicht eine noch effektivere Optimierung des zu reflektierenden Lichts 6, wobei ein jedes der reflektierenden Segmente 23 speziell auf die für das Segment 23 geometrischen Bedingungen ausgelegt ist. Auch hier berühren sich, wie zuvor für die ebenen und/oder Freiform-Reflexionsflächen 20, 24 beschriebenen Ausführungen, die Segmente 23 in Kontaktlinien 11, wobei auch hier entsprechende sprunghafte oder kontinuierliche Übergänge von einer reflektierenden Segmentfläche 23 in eine benachbarte reflektierende Segmentfläche 23 erfolgen können. Wie aus der 4 zu erkennen ist, ist es hier auch möglich, dass die reflektierenden Segmentflächen 23 natürlich in ihrer gesamten Zuordnung zueinander einfach oder mehrfach gekrümmt verlaufen können. Auch ist es möglich, dass diese reflektierenden Segmentflächen 23 an ebene Reflexionsflächen 20 und/oder an gekrümmte-/freiform- Reflexionsflächen angrenzen. Hier kann diese Angrenzung ebenfalls als Sprungfunktion oder kontinuierlich ausgeführt sein. Die in 4 dargestellte Ausführung einer Reflexionsfläche 10 eines Tripelspiegels 12 ist an ihren Grenzbereichen bzw. ihren berührenden Seitenbereichen 34 zu weiteren Reflexionsflächen 10 des Tripelspiegels so ausgebildet, dass beispielsweise ein gleichmäßiger, kontinuierlicher Übergang auf diese weitere Reflexionsfläche 10 erfolgen kann. Hierbei werden natürlich ganzflächige ebene Flächengeometrien, Krümmungen, Freiformgestaltungen und/oder Segmentierungen der Reflexionsflächen 20, 21, 22, 23, 24 entsprechen fortgeführt oder im weiteren Verlauf umgestaltet. Für einen für die Reflexion optimierten Retro-Rückstrahler 1 kann das bedeuten, dass der Retro-Rückstrahler 1 vollständig aus sich ändernden Reflexionsflächen 20, 21, 22, 23, 24 aufgebaut ist.
5 zeigt einen Retro-Reflektor 1 mit Würfeleckenreflexelementen 13, welche jeweils aus drei Reflexionsflächen 30, 31, 32 einen Tripelspiegel 12 bilden. Eine jede Reflexionsfläche 30, 31, 32 steht mit zwei berührenden Seitenbereichen 34 mit zwei angrenzenden Tripelspiegeln 12 in Kontakt, wobei die beiden berührenden Seitenbereiche 34 zueinander einen 90° Winkel, bzw. einen nur sehr gering davon abweichenden rechten Winkel bilden. Mit zwei weiteren berührenden Seitenbereichen 34 kontaktiert die Reflexionsfläche 30, 31, 32 jeweils eine weitere Reflexionsfläche 10 des zugehörigen Würfeleckenreflexelements 13. Im Schnittpunkt 33, also einem Eckpunkt des Würfeleckenreflexelements 13 berühren sich alle drei Reflexionsflächen 30, 31, 32 und bilden jeweils eine Würfelecke mit einem Winkel von 90°.
Diese beschriebenen Kontaktbedingungen der Reflexionsflächen 30, 31, 32 wiederholen sich, an den vom Schnittpunkt 33 nach außen gewandten Seitenbereichen 34 der Reflexionsflächen 30, 31, 32 des Tripelspiegels 12, womit die gesamte Fläche des Retro-Reflektors 1 ausgestaltet ist. Es entsteht somit eine Art Wabenstruktur die in ihren Reflexionsflächenabmessungen dem Reflexionseffekt entsprechen und nach den zuvor beschriebenen 1–4 einfallende Lichtstrahlen auf den Prüfpunkt/Fokuspunkt 16 des Detektors reflektieren. Selbstverständlich ist es möglich, dass der Tripelspiegel 12 aus mehr als nur drei Reflexionsflächen 30, 31, 32 aufgebaut sein kann. In diesem Fall müssen die Winkel entsprechend der Anzahl der Reflexionsflächen zueinander angepasst sein. Auch ist bei einer größeren Anzahl von Reflexionsflächen 30, 31, 32 ein deutlich geringerer Kontaktwinkel als 10° zu erwarten. Ebenso dürften die geometrischen Erhebungen und Absenkungen der Freiform-Reflexionsflächen entsprechend geringer ausfallen, da die Aufteilung des zu reflektierenden Lichts auf mehrere flacher zueinander angeordnete Reflexionsflächen mehr der einer ebenen Fläche nahekommen.
Bezugszeichenliste

1: Retro-Reflektor, Retro-Rückstrahler
2: Prüfanordnung
3: parallele Fläche/Ebene, Fahrbahn
5: Lichtquelle
6: Lichtstrahl
7: reflektierter Lichtstrahl
8: Betrachtungswinkel, Beobachtungswinkel, Reflexionswinkel, Ablenkung
9: Reflexionspunkt
10: Reflexionsfläche, Spiegelfläche
11: Kontaktlinie
12: Tripelspiegel
13: Würfeleckenreflexelement
15: Detektor, Aufzeichnungsvorrichtung
16: Prüfpunkt, Fokuspunkt
20: ebene Reflexionsfläche
21: gekrümmte Reflexionsfläche
22: gekrümmte Freiformfläche, gekrümmte Reflexionsfläche
23: Spiegelsegment, segmentierte Reflexionsfläche, Segment
24: Freiformfläche, gekrümmte Spiegelfläche
30: Reflexionsfläche 1, Spiegelfläche 1
31: Reflexionsfläche 2, Spiegelfläche 2,
32: Reflexionsfläche 3, Spiegelfläche 3,
33: Schnittpunkt Spiegelfläche 1–3
34: Kontaktbereich/Grenzbereich, berührender Seitenbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010015298 A1 [0002]
EP 0342958 B1 [0003]
DE 3789200 T2 [0005]
WO 94/18581 [0006]

Claims

Reflexionsflächen (30, 31, 32) eines Retro-Rückstrahlers (1), – mit mindestens drei einen Tripelspiegel (12) bildenden Reflexionsflächen (30, 31, 32), welche ein Würfeleckenreflexelement (13) bilden, – wobei die Reflexionsflächen (30, 31, 32) des Tripelspiegels (12) des Würfeleckenreflexelements (13) zueinander unter einem Winkel von 90° angeordnet sind, – die Reflexionsflächen (30, 31, 32) des Tripelspiegels (12) des Würfeleckenreflexelements (13) einfallende Lichtstrahlen (6) durch Totalreflexion reflektieren, – das auf den Retro-Rückstrahler (1) sowie auf dessen Tripelspiegel (12) und deren Würfeleckenreflexelemente (13) auftreffende Lichtstrahlen (6) in einem Brennpunkten erhöhter Lichtintensität gebündelt werden, dadurch gekennzeichnet, – dass auf die Reflexionsflächen (30, 31, 32) des Tripelspiegels (12) einfallende Lichtstrahlen (6) unter einem Betrachtungswinkel (8) von 20' zu den einfallenden Lichtstrahlen (6) auf einen vorbestimmten Prüfpunkt (16) eines Detektors (15) zur Maximierung der Lichtintensität fokussiert reflektiert werden, – wobei die Reflexionsflächen (30, 31, 32) weiterer Tripelspiegel (12) des Retro-Rückstrahlers (1) einfallende Lichtstrahlen (6) auf denselben, unter 20' Betrachtungswinkel (8), befindlichen Prüfpunkt (16) eines Detektors (15) reflektieren, – dass schräg auf die Reflexionsflächen (30, 31, 32) eines oder mehrerer Tripelspiegel (12) des Retro-Rückstrahlers (1) auftreffende Lichtstrahlen (6) auf denselben, unter 20' Betrachtungswinkel (8) befindlichen Prüfpunkt (16) eines Detektors (15) reflektiert werden, – wobei zur totalen Reflektion dieser schräg auf die Tripelspiegel (12) des Retro-Rückstrahlers (1) auftreffende Lichtstrahlen (6) alle reflektierenden Bereichen der Tripelspiegel (12) geometrisch so ausgebildet sind, dass die auftreffenden Lichtstrahlen (6) unter 20' Betrachtungswinkel (8) zum vertikal ausgerichteten Retro-Rückstrahler (1) auf einen Prüfpunkt (16) eines Detektors (15) reflektiert werden.
Reflexionsflächen (30, 31, 32) eines Retro-Rückstrahlers (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die auf den Retro-Rückstrahler (1) einfallenden Lichtstrahlen (6) unter einem Betrachtungswinkel (8) von 20' auf einen Prüfpunkt (16) des Detektors (15) oberhalb des Reflexionspunktes (9) der einfallenden Lichtstrahlen (6) positioniert ist reflektiert werden.
Reflexionsflächen (30, 31, 32) eines Retro-Rückstrahlers (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass die Reflexionsflächen (30, 31, 32) der Tripelspiegel (12) wenigstens aus zwei ebenen Reflexionsflächen (20) bestehen, – dass die wenigstens zwei ebenen Reflexionsflächen (20) in einem Winkel kleiner 10° zueinander angeordnet sind.
Reflexionsflächen (30, 31, 32) eines Retro-Rückstrahlers (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei ebenen Reflexionsflächen (20) so zueinander angeordnet sind, dass auf diese ebenen Reflexionsflächen (20) einfallende Lichtstrahlen (6) auf denselben Prüfpunkt (16) des Detektors (15) reflektiert werden.
Reflexionsflächen (30, 31, 32) eines Retro-Rückstrahlers (1) nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsflächen (30, 31, 32) der Tripelspiegel (12) aus einer oder mehreren gekrümmten Freiformflächen (22) bestehen und die gekrümmten Freiformflächen (22) aus konvexen und/oder konkaven Flächenteilen oder aus einer Kombination von konvexen und/oder konkaven Flächenteilen aufgebaut sind,
Reflexionsflächen (30, 31, 32) eines Retro-Rückstrahlers (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die konvexen und/oder konkaven Flächenteile elliptische und/oder sphärische Oberflächen aufweisen.
Reflexionsflächen (30, 31, 32) eines Retro-Rückstrahlers (1) nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die aus einer oder mehreren gekrümmten Freiformflächen (22) aus konvexen und/oder konkaven Flächenteilen oder aus einer Kombination von konvexen und/oder konkaven Flächenteilen bestehenden Reflexionsflächen (30, 31, 32) so zueinander angeordnet sind, dass auf diese gekrümmten Reflexionsflächen (30, 31, 32) einfallende Lichtstrahlen (6) auf denselben Prüfpunkt (16) des Detektors (15) reflektiert werden.
Reflexionsflächen (30, 31, 32) eines Retro-Rückstrahlers (1) nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsflächen (30, 31, 32) der Tripelspiegel (12) aus einer Kombination von einer oder mehreren ebenen Reflexionsflächen (20) und einer oder mehreren gekrümmten Freiformflächen (22) bestehen.
Reflexionsflächen (30, 31, 32) eines Retro-Rückstrahlers (1) nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – dass die wenigstens zwei ebenen Reflexionsflächen (20) durch eine Vielzahl von einzelnen reflektierenden Spiegelsegmenten (23) besteht, – dass die reflektierenden Spiegelsegmente (23) eine gleiche oder unterschiedliche Geometrie der reflektierenden Spiegelsegmente (23) aufweisen, – dass die gleichen oder unterschiedlichen Geometrien der reflektierenden Spiegelsegmente (23) zueinander so angeordnet sind, dass sich von diesen reflektierenden Lichtstrahlen (6) im selben Prüfpunkt (16) des Detektors (15) fokussieren.
Reflexionsflächen (30, 31, 32) eines Retro-Rückstrahlers (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, – dass die aus einer oder mehreren gekrümmten Freiformflächen (22) aufgebauten Reflexionsflächen aus einer Vielzahl von einzelnen reflektierenden Spiegelsegmenten (23) besteht, – dass die reflektierenden Spiegelsegmente (23) eine gleiche oder unterschiedliche Geometrie der reflektierenden Spiegelsegmente (23) aufweisen, – dass die gleichen oder unterschiedlichen Geometrien der reflektierenden Spiegelsegmente (23) zueinander so angeordnet sind, dass sich von diesen reflektierenden Lichtstrahlen (6) im selben Prüfpunkt (16) des Detektors (15) fokussieren.
Reflexionsflächen (30, 31, 32) eines Retro-Rückstrahlers (1) nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsflächen (30, 31, 32) der Tripelspiegel (12) aus einer Kombination von einer Vielzahl von ebenen Spiegelsegmenten (20, 23) und gekrümmten Freiform-Spiegelsegmenten (23, 24) aufgebaut sind und von diesen reflektierenden Lichtstrahlen (6) im selben Prüfpunkt (16) des Detektors (15) fokussieren.
Reflexionsflächen (30, 31, 32) eines Retro-Rückstrahlers (1) nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Retro-Rückstrahler (1) und die Reflexionsflächen (30, 31, 32) der Tripelspiegel (12) einstückig durch Feinfräsen insbesondere durch Ultrapräzisionsfräsen und/oder durch ein materialabtragendes Laserverfahren hergestellt werden.
Reflexionsflächen (30, 31, 32) eines Retro-Rückstrahlers (1) nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Retro-Rückstrahler (1) zur Reflektion von einfallenden Lichtstrahlen (6), vorzugsweise in Heckbereichen und in Seitenbereichen von Kraftfahrzeugen, eingebaut werden.