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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Reflektor, der mit einer retroreflektierenden Struktur versehen ist.
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Hintergrundtechnik
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Unter einer retroreflektierenden Struktur versteht man eine Struktur, die einen einfallenden Lichtstrahl in eine Einfallsrichtung reflektiert. Ein Beispiel für eine retroreflektierende Struktur ist ein Eckwürfel. Ein Eckwürfel weist drei ebene Flächen auf, die orthogonal zueinander sind und eine Würfelecke bilden. Die drei ebenen Flächen sind derart gestaltet, dass sie einen einfallenden Lichtstrahl in eine Einfallsrichtung reflektieren. Ein Reflektor ist durch die Kombination mehrerer Eckwürfel gebildet.
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Bei einigen Anwendungen von Reflektoren besteht die Notwendigkeit, einen einfallenden Lichtstrahl nicht in eine Einfallsrichtung zu reflektieren, sondern in eine Richtung unter einem vorbestimmten Winkel in Bezug auf die Einfallsrichtung. Um diesen Bedarf zu decken, wurde beispielsweise ein Reflektor entwickelt, bei dem die Winkel zwischen den drei ebenen Flächen eines Eckwürfels derart eingestellt sind, dass ein einfallender Lichtstrahl in eine Richtung unter einem vorgegebenen Winkel zur Einfallsrichtung reflektiert wird (z. B. Patentdokument 1).
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Ein mit mehreren Eckwürfeln versehener Reflektor wird durch Spritzgießen unter Verwendung einer Form hergestellt. Eine Form für einen Reflektor wird durch die Kombination mehrerer Stifte konfiguriert, wobei jeder Stift die Form eines Balkens aufweist. An einem Ende jedes Stifts sind Flächen bereitgestellt, die mit zwei Flächen der drei ebenen Flächen korrespondieren. Die Form für einen Reflektor, der mit mehreren Eckwürfeln versehen ist, die ohne Zwischenräume dazwischen angeordnet sind, wird mit den Enden der kombinierten mehreren Stifte gebildet.
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Wenn die Winkel zwischen den drei ebenen Flächen eines Eckwürfels gemäß einem vorbestimmten Winkel in Bezug auf die Einfallsrichtung eingestellt werden, ist es notwendig, die Form der Stifte zu entwerfen und die Stifte gemäß jedem Wert des vorbestimmten Winkels herzustellen. Es ist sehr zeit- und kostenaufwendig, die Form der Stifte zu entwerfen und die Stifte für jeden Wert des vorbestimmten Winkels, der von einer Anwendung abhängt, herzustellen. Bisher wurde jedoch noch kein Reflektor entwickelt, der einen einfallenden Lichtstrahl in eine Richtung unter einem vorbestimmten Winkel in Bezug auf die Einfallsrichtung reflektiert und der gemäß dem vorbestimmten Winkel einfach und kostengünstig hergestellt werden kann.
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Dementsprechend besteht ein Bedarf an einem Reflektor, der einen einfallenden Lichtstrahl in eine Richtung unter einem vorbestimmten Winkel in Bezug auf eine Einfallsrichtung reflektiert und der einfach und kostengünstig gemäß dem vorbestimmten Winkel hergestellt werden kann.
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Dokument des Standes der Technik
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Patentdokument
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Patentdokument 1:
JP H10-11000 A
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Überblick über die Erfindung
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Von der Erfindung zu lösende Aufgabe
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Reflektor bereitzustellen, der einen einfallenden Lichtstrahl in eine Richtung unter einem vorbestimmten Winkel bezüglich einer Einfallsrichtung reflektiert und der einfach und kostengünstig gemäß dem vorbestimmten Winkel hergestellt werden kann.
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Mittel zur Lösung der Aufgabe
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Ein Reflektor gemäß der vorliegenden Erfindung ist mit mehreren Reflektoreinheiten ausgestattet. Jede Reflektoreinheit weist die Form eines Prismas, das an einem Ende mit einer retroreflektierenden Struktur versehen ist, oder eines Zylinders, der an einem Ende mit einer retroreflektierenden Struktur versehen ist, die derart ausgestaltet ist, dass sie einfallende Strahlen vom anderen Ende des Prismas oder des Zylinders in einer Einfallsrichtung reflektiert, und in einem Referenzquerschnitt der Reflektoreinheit, wobei der Referenzquerschnitt die Mittelachse des Prismas oder des Zylinders aufweist und der Referenzquerschnitt derart bestimmt ist, dass die Form der retroreflektierenden Struktur in Bezug auf die Mittelachse im Referenzquerschnitt liniensymmetrisch ist, die Form einer Lichtempfangsfläche am anderen Ende liniensymmetrisch in Bezug auf die Mittelachse ist und einen Abschnitt aufweist, der in Bezug auf eine Richtung orthogonal zur Mittelachse in der Reflektoreinheit geneigt ist.
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Bei einem Reflektor gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Richtung eines reflektierten Lichtstrahls allein durch Änderung der Form einer Lichtempfangsfläche geändert werden, während die Form der retroreflektierenden Strukturen unverändert bleibt. Dementsprechend kann ein Reflektor gemäß der vorliegenden Erfindung einfach und kostengünstig gemäß einem vorgegebenen Winkel, der von einer Anwendung abhängt, hergestellt werden.
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In dem Reflektor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, wenn im Referenzquerschnitt jeder Reflektoreinheit ein gegen den Uhrzeigersinn gemessener Winkel, den die Lichtempfangsfläche mit einer Richtung orthogonal zur Mittelachse an einem ersten Punkt auf der Lichtempfangsfläche bildet, als θ dargestellt ist und ein im Uhrzeigersinn gemessener Winkel, den die Lichtempfangsfläche mit einer Richtung orthogonal zur Mittelachse an einem zweiten Punkt auf der Lichtempfangsfläche bildet, wobei der erste Punkt und der zweite Punkt in Bezug auf die Mittelachse liniensymmetrisch sind, θ ist, die Reflektoreinheit derart konfiguriert, dass sie einfallende Strahlen auf das Prisma oder den Zylinder in einer Richtung reflektiert, die in Bezug auf die Mittelachse um einen Winkel geneigt ist, der in Abhängigkeit von θ bestimmt wird.
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Bei dem Reflektor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist wenigstens eine bestimmte Anzahl der mehreren Reflektoreinheiten derart miteinander kombiniert, dass die jeweiligen Referenzquerschnitte miteinander übereinstimmen oder parallel zueinander verlaufen, und die Form der Lichtempfangsfläche ist im Referenzquerschnitt jeder Reflektoreinheit der bestimmten Anzahl der mehreren Reflektoreinheiten und in Querschnitten parallel zum Referenzquerschnitt einheitlich.
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In dem Reflektor gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist jede Reflektoreinheit mit einem Eckwürfel als retroreflektierende Struktur an einem Ende des Prismas versehen, das einen Querschnitt in Form eines regelmäßigen Sechsecks aufweist, und der Referenzquerschnitt des Reflektors ist derart bestimmt, dass er orthogonal zu zwei gegenüberliegenden Seiten des regelmäßigen Sechsecks ist.
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Bei dem Reflektor gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist jede Reflektoreinheit an einem Ende des Zylinders mit einer Kugellinse als retroreflektierende Struktur versehen.
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Bei dem Reflektor gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Form der Lichtempfangsfläche in jeder Reflektoreinheit im Referenzquerschnitt eine Kombination von Liniensegmenten, wobei die Kombination liniensymmetrisch in Bezug auf die Mittelachse ist.
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Durch den Reflektor der vorliegenden Ausführungsform können reflektierte Lichtstrahlen erzeugt werden, die um einen vorbestimmten Winkel zur Mittelachse geneigt sind. Der vorbestimmte Winkel wird durch einen Neigungswinkel eines Liniensegments zur Mittelachse am Einfallspunkt eines einfallenden Strahls bestimmt.
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Bei dem Reflektor gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Form der Lichtempfangsfläche in jeder Reflektoreinheit im Referenzquerschnitt eine Kurve, die in Bezug auf die Mittelachse liniensymmetrisch ist.
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Durch den Reflektor der vorliegenden Ausführungsform können reflektierte Lichtstrahlen in einem vorbestimmten Winkelbereich erzeugt werden, wobei der Bereich durch die Kurve bestimmt ist.
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Der Reflektor gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist mehrere Arten von Lichtempfangsflächen auf, die unterschiedlich geformt sind.
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Durch den Reflektor der vorliegenden Ausführungsform können reflektierte Lichtstrahlen erzeugt werden, die mehrere Winkelwerte in Bezug auf die Mittelachse aufweisen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine Draufsicht, eine A-A-Querschnittsansicht und eine B-B-Querschnittsansicht eines Reflektors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
- 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Eckwürfels, der eine retroreflektierende Struktur einer Reflektoreinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
- 3 ist eine Draufsicht auf den Eckwürfel, der eine retroreflektierende Struktur der Reflektoreinheit gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
- 4 zeigt den Referenzquerschnitt einer Reflektoreinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
- 5 zeigt den Referenzquerschnitt einer Reflektoreinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
- 6 ist eine Zeichnung zur Veranschaulichung eines Winkels eines Strahls, der die Reflektoreinheit verlässt, in Bezug auf eine Richtung parallel zur Referenzachse,
- 7 ist eine Zeichnung zur Veranschaulichung eines Reflektors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
- 8 zeigt einen Referenzquerschnitt einer Reflektoreinheit aus Beispiel 1,
- 9 zeigt einen Referenzquerschnitt einer Reflektoreinheit aus Beispiel 2,
- 10 zeigt einen Referenzquerschnitt einer Reflektoreinheit aus Beispiel 3,
- 11 zeigt Beziehungen zwischen einem Winkel, den ein reflektierter Strahl eines parallel zu den Referenzachsen eines Reflektors einfallenden Strahls mit einer zu den Referenzachsen parallelen Richtung in einem Referenzquerschnitt (z. B. B-B-Querschnitt in 1) bildet, der die Mittelachsen des Reflektors aufweist, und der Lichtstärke des reflektierten Strahls,
- 12 zeigt eine Verteilung einer Lichtstärke von reflektiertem Licht für den Fall, dass die Lichtempfangsfläche flach ist und keine Streustruktur aufweist,
- 13 zeigt eine Verteilung einer Lichtstärke von reflektiertem Licht von Beispiel 1 und Beispiel 2,
- 14 zeigt eine Verteilung einer Lichtstärke von reflektiertem Licht von Beispiel 3,
- 15 ist eine Zeichnung zur Veranschaulichung eines Reflektors aus Beispiel 4,
- 16 zeigt einen gemeinsamen Referenzquerschnitt mehrerer Reflektoreinheiten, die mit den beiden Arten von Streustrukturen aus Beispiel 4 versehen sind,
- 17 zeigt Beziehungen zwischen einem Winkel, den ein reflektierter Strahl eines parallel zu den Referenzachsen des Reflektors einfallenden Strahls mit einer zu den Referenzachsen parallelen Richtung in einem Referenzquerschnitt bildet, der die Mittelachsen des Reflektors enthält, und einer Lichtstärke des reflektierten Strahls, und
- 18 zeigt eine Verteilung einer Lichtstärke des reflektierten Lichts von Beispiel 4.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt eine Draufsicht, eine A-A-Querschnittsansicht und eine B-B-Querschnittsansicht eines Reflektors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Reflektor weist eine Form auf, die durch die Kombination von Reflektoreinheiten ohne Zwischenräume zwischen ihnen erhalten wird, wobei jede der Reflektoreinheiten einen regelmäßigen sechseckigen Querschnitt aufweist, wie in der Draufsicht gezeigt. Eine Reflektoreinheit bezieht sich auf eine Komponente eines Reflektors, wobei die Komponente eine retroreflektierende Funktion hat. Ein Reflektor ist als Satz von Reflektoreinheiten gebildet.
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2 ist eine perspektivische Ansicht eines Eckwürfels, der eine retroreflektierende Struktur einer Reflektoreinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
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3 ist eine Draufsicht auf den Eckwürfel, der eine retroreflektierende Struktur der Reflektoreinheit gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
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Der Eckwürfel der Reflektoreinheit ist derart geformt, dass in einem Prisma, dessen Querschnitt regelmäßig sechseckig ist, drei ebene Flächen, die drei Sätze von zwei benachbarten Seitenflächen durchqueren, derart konfiguriert sind, dass sie orthogonal zueinander stehen und einen Eckpunkt eines Würfels bilden, und die drei ebenen Flächen derart konfiguriert sind, dass sie einen einfallenden Strahl in das Prisma in eine Einfallsrichtung reflektieren. In 2 und 3 sind die drei ebenen Flächen als S1, S2 und S3 dargestellt. Ein Lichtstrahl, der auf eine der drei ebenen Flächen auftrifft, wird in die Einfallsrichtung reflektiert, nachdem er an den beiden anderen ebenen Flächen reflektiert wurde. Die Mittelachse des Prismas, die durch den oben beschriebenen Eckpunkt verläuft, wird als Referenzachse bezeichnet. In 2 ist die Referenzachse als Ax dargestellt. Die Form des Eckwürfels weist eine Rotationssymmetrie von 120 Grad in Bezug auf die Referenzachse auf. In 2 sind ein einfallender Strahl, der parallel zur Referenzachse ist, und ein reflektierter Strahl, der auch parallel zur Referenzachse ist, dargestellt.
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Ein Querschnitt, der die Referenzachse aufweist und orthogonal zu zwei gegenüberliegenden Seiten des regelmäßigen Sechsecks ist, wird als Referenzquerschnitt bezeichnet. In 3 ist der Referenzquerschnitt als gestrichelte Linie dargestellt. Der in 1 dargestellte B-B-Querschnitt ist ein gemeinsamer Referenzquerschnitt der betreffenden Reflektoreinheiten. In 3 ist ein Abstand zwischen den beiden gegenüberliegenden Seiten des regelmäßigen Sechsecks als Pr dargestellt.
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Die Reflektoreinheiten sind derart angeordnet, dass in einem Querschnitt orthogonal zu den Referenzachsen die regelmäßigen Sechsecke der Reflektoreinheiten ohne Zwischenräume zwischen ihnen angeordnet sind. Die Referenzquerschnitte der Reflektoreinheiten stimmen miteinander überein oder sind parallel zueinander. Der in 1 dargestellte B-B-Querschnitt stellt einen der Referenzquerschnitte dar.
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4 und 5 zeigen jeweils den Referenzquerschnitt einer Reflektoreinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Im Referenzquerschnitt ist die Form einer Lichtempfangsfläche auf der dem Eckpunkt des Eckwürfels gegenüberliegenden Seite der Reflektoreinheit liniensymmetrisch in Bezug auf die Referenzachse Ax innerhalb der Reflektoreinheit. Wenn ein Winkel der Lichtempfangsfläche an einem ersten Punkt, gemessen gegen den Uhrzeigersinn in Bezug auf eine Richtung orthogonal zur Referenzachse Ax, als θ dargestellt wird, ist die Form der Lichtempfangsfläche derart gestaltet, dass ein Winkel der Lichtempfangsfläche an einem zweiten Punkt, der mit dem ersten Punkt in Bezug auf die Referenzachse Ax liniensymmetrisch ist, gemessen gegen den Uhrzeigersinn in Bezug auf eine Richtung orthogonal zur Referenzachse Ax, -θ beträgt. Der gegen den Uhrzeigersinn gemessene Winkel -θ ist der im Uhrzeigersinn gemessene Winkel θ. Die Form der Lichtempfangsfläche ist derart gestaltet, dass sie in jedem Querschnitt, der parallel zum Referenzquerschnitt jeder Reflektoreinheit verläuft, gleichmäßig ist und in Bezug auf die Referenzachse jeder Reflektoreinheit liniensymmetrisch ist. Ferner ist die Form des Eckwürfels in einem zum Referenzquerschnitt parallelen Querschnitt liniensymmetrisch in Bezug auf die Referenzachse.
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In 4 ist ein parallel zur Referenzachse Ax einfallender Strahl als A1 dargestellt. Ein Winkel der Oberfläche, auf die der Strahl A1 auftrifft, gemessen gegen den Uhrzeigersinn von einer Richtung orthogonal zur Referenzachse Ax, ist θ. Dementsprechend ist eine Richtung des einfallenden Strahls, der sich in der Reflektoreinheit ausbreitet, nicht parallel zur Referenzachse Ax und bildet einen ersten vorbestimmten Winkel, der durch θ und den Brechungsindex eines Materials der Reflektoreinheit bestimmt wird, mit einer Richtung parallel zur Referenzachse Ax. In 4 ist der Strahl, der sich von der Lichtempfangsfläche zur retroreflektierenden Struktur ausbreitet, als A1' dargestellt. Wie oben beschrieben, ist der von der retroreflektierenden Struktur reflektierte Strahl parallel zum Strahl A1'. In 4 ist der reflektierte Strahl als B1' dargestellt. Da θ, wie später beschrieben, ein sehr kleiner Winkel ist, ist der Schnittpunkt des Strahls B1' mit der Lichtempfangsfläche im Wesentlichen symmetrisch zu dem Schnittpunkt des Strahls A1 mit der Lichtempfangsfläche in Bezug auf die Referenzachse Ax. Dementsprechend ist ein Winkel der Oberfläche, in die der Strahl B1' eintritt, gemessen gegen den Uhrzeigersinn in Bezug auf eine Richtung orthogonal zur Referenzachse Ax -θ, und ein Winkel gemessen im Uhrzeigersinn ist θ. Folglich bildet der Strahl B1, der die Lichtempfangsfläche verlässt, einen zweiten vorgegebenen Winkel mit einer Richtung parallel zur Referenzachse Ax.
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In 5 ist ein parallel zur Referenzachse Ax einfallender Strahl als A2 dargestellt. Ein Winkel der Oberfläche, auf die der Strahl A2 auftrifft, gemessen gegen den Uhrzeigersinn von einer Richtung orthogonal zur Referenzachse Ax, ist -θ, und der Winkel gemessen im Uhrzeigersinn ist θ. Dementsprechend ist eine Richtung des einfallenden Strahls, der sich in der Reflektoreinheit ausbreitet, nicht parallel zur Referenzachse Ax und bildet einen dritten vorbestimmten Winkel, der durch θ und den Brechungsindex eines Materials der Reflektoreinheit bestimmt wird, mit einer Richtung parallel zur Referenzachse Ax. In 5 ist der Strahl, der sich von der Lichtempfangsfläche zur retroreflektierenden Struktur ausbreitet, als A2' dargestellt. Wie oben beschrieben, ist der von der retroreflektierenden Struktur reflektierte Strahl parallel zum Strahl A2'. In 5 ist der reflektierte Strahl als B2' dargestellt. Da θ, wie später beschrieben, ein sehr kleiner Winkel ist, ist der Schnittpunkt des Strahls B2' mit der Lichtempfangsfläche im Wesentlichen symmetrisch zu dem Schnittpunkt des Strahls A2 mit der Lichtempfangsfläche in Bezug auf die Referenzachse Ax. Dementsprechend ist ein Winkel der Oberfläche, in die der Strahl B2' eintritt, gemessen gegen den Uhrzeigersinn in Bezug auf eine Richtung orthogonal zur Referenzachse Ax, θ. Folglich bildet der Strahl B2, der die Lichtempfangsfläche verlässt, einen vierten vorgegebenen Winkel mit einer Richtung parallel zur Referenzachse Ax.
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6 ist eine Zeichnung zur Veranschaulichung eines Winkels eines aus der Reflektoreinheit austretenden Strahls in Bezug auf eine zur Referenzachse parallele Richtung (des oben beschriebenen dritten und vierten vorgegebenen Winkels). 6 zeigt den Referenzquerschnitt. Winkel in 6 sind spitze Winkel mit positiven Werten, ein negatives Vorzeichen wird nicht verwendet.
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In
6 sind ein auf die Reflektoreinheit einfallender Strahl als A, eine Fläche, auf die der Strahl A einfällt, als SA, eine Normale der Fläche SA an dem Punkt, an dem der Strahl A die Fläche SA erreicht, als N1 und der einfallende Strahl, der sich in der Reflektoreinheit ausbreitet, als A' dargestellt. Der Strahl A ist parallel zur Referenzachse. Wenn ein Winkel der Oberfläche SA in Bezug auf eine Richtung orthogonal zur Referenzachse als θ dargestellt wird, beträgt der Einfallswinkel des Strahls A θ. Da θ sehr klein ist, wird der Brechungswinkel des Strahls A' ausgedrückt durch
wenn der Brechungsindex eines Materials der Reflektoreinheit als n dargestellt wird. Dementsprechend ist ein Winkel, den der Strahl A' mit der Richtung der Referenzachse Ax bildet, gegeben durch:
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In
6 sind der Strahl, der durch Reflexion des Strahls A' in der retroreflektierenden Struktur erzeugt wird, als B' dargestellt, eine Oberfläche, auf die B' auftrifft, als SB dargestellt, eine Normale der Oberfläche SB an dem Punkt, an dem der Strahl B' die Oberfläche SB erreicht, als N2 dargestellt, und der Strahl, der die Reflektoreinheit verlässt, nachdem er die Oberfläche SB durchlaufen hat, als B dargestellt. Der Winkel der Fläche SB in Bezug auf eine Richtung orthogonal zur Referenzachse ist θ. Die Fläche SB und die Fläche SA sind in Bezug auf eine Richtung orthogonal zur Referenzachse in entgegengesetzte Richtungen geneigt. Da der Strahl B' parallel zum Strahl A' verläuft, beträgt der Winkel, den der Strahl B' mit der Richtung (V2) der Referenzachse bildet:
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Dementsprechend beträgt der Winkel, den der Strahl B' mit N2 bildet:
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Da θ sehr klein ist, ist der Brechungswinkel des Strahls B' gegeben durch:
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Dementsprechend beträgt der Winkel, den der Strahl B' mit der Richtung (V2) der Referenzachse bildet:
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Infolgedessen wird der Strahl A, der sich in Richtung (V1) der Referenzachse ausgebreitet hat und in die Reflektoreinheit eingetreten ist, dazu veranlasst, sich als Strahl B in einer Richtung auszubreiten, die in Bezug auf die Richtung (V2) der Referenzachse um den folgenden Winkel geneigt ist, nachdem er (reflektiert worden ist und) die Reflektoreinheit verlassen hat.
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7 ist eine Zeichnung zur Veranschaulichung eines Reflektors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 7 gezeigt, tritt ein einfallender Strahl in Richtung der Referenzachse Ax in die Lichtempfangsfläche ein, wird von der retroreflektierenden Struktur reflektiert und wird dann dazu veranlasst, sich als reflektierter Strahl, der in Bezug auf die Richtung der Referenzachse Ax um den oben beschriebenen Winkel geneigt ist, auszubreiten. Wie oben beschrieben, ist die Form der Lichtempfangsfläche in jedem Querschnitt, der mit dem Referenzquerschnitt jeder Reflektoreinheit übereinstimmt oder zu diesem parallel ist, einheitlich, wie z. B. der in 1 gezeigte B-B-Querschnitt. In 7 und den anderen nachstehenden Zeichnungen ist ein Neigungswinkel θ der Lichtempfangsfläche gegenüber einer Richtung orthogonal zur Referenzachse aus Gründen der Übersichtlichkeit gegenüber dem tatsächlichen Winkel übertrieben dargestellt. Tatsächlich ist die Form der Lichtempfangsfläche, wie in 1 gezeigt, mit bloßem Auge kaum zu erkennen.
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Beispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden beschrieben. Zur Angabe der Abmessungen der Reflektoren der Beispiele ist der in der Draufsicht von 1 gezeigte Reflektor 27 mm breit und 81 mm lang.
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Beispiel 1
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8 zeigt einen Referenzquerschnitt einer Reflektoreinheit aus Beispiel 1.
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Im Referenzquerschnitt ist die Form einer Lichtempfangsfläche liniensymmetrisch in Bezug auf die Referenzachse Ax. Der Abstand Pr zwischen den beiden gegenüberliegenden Seiten des regelmäßigen Sechsecks in 3 wird als Länge der Reflektoreinheit bezeichnet. Im Referenzquerschnitt weist die Lichtempfangsfläche die Form einer Dreieckswelle auf, die durch die Kombination von zwei Arten von Liniensegmenten gebildet ist. Bei der ersten Art ist ein Neigungswinkel jedes Liniensegments, gemessen gegen den Uhrzeigersinn in Bezug auf eine Richtung orthogonal zur Referenzachse Ax, θ, und bei der zweiten Art ist ein Neigungswinkel jedes Liniensegments, gemessen im Uhrzeigersinn in Bezug auf eine Richtung orthogonal zur Referenzachse Ax, θ. Alle Liniensegmente, d. h. die Seiten von Dreiecken, sind gleich lang, und der Betrag der Komponente jedes Liniensegments in Richtung der Länge der Reflektoreinheit ist Ps/2. Die Höhe (die Länge in Richtung der Referenzachse Ax) jeder Dreieckswelle ist h.
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Die Form der Lichtempfangsfläche wird auch als Streustruktur bezeichnet. Die Streustruktur kann als eine periodische Struktur mit der Periode Ps erkannt werden.
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Tabelle 1 enthält numerische Daten der Reflektoreinheit von Beispiel 1. Tabelle 1
Länge Pr der Reflektoreinheit | 4mm |
Form der Streustruktur | Form einer Dreieckswelle |
Periode Ps der Streustruktur (Dreieckswelle) | 2 mm |
Tiefe h der Streustruktur (Dreieckswelle) | 3,56 µm |
Neigungswinkel θ der Lichtem pfangsfläche | 0,204 Grad |
Material der Reflektoreinheit | Acryl |
Brechungsindex n des Materials | 1,5 |
Winkel Φ des reflektierten Strahls in Bezug auf die Richtung der Referenzachse | 0,204 Grad |
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Wie oben beschrieben, wird ein Winkel eines reflektierten Lichtstrahls in Bezug auf die Richtung der Referenzachse wie folgt ausgedrückt:
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Im Allgemeinen sollte die Länge Pr einer Reflektoreinheit vorzugsweise zwischen 0,5 und 10 mm liegen, und der Neigungswinkel θ einer Lichtempfangsfläche aus einer Richtung orthogonal zur Referenzachse Ax sollte vorzugsweise 2 Grad oder weniger betragen.
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Wie unter Verwendung von 4 und 5 beschrieben, bildet der reflektierte Strahl einen Winkel (einen spitzen Winkel) Φ, gemessen gegen den Uhrzeigersinn mit der Richtung der Referenzachse, wenn ein Lichtstrahl auf eine Oberfläche mit einem Neigungswinkel (einem spitzen Winkel) θ, gemessen gegen den Uhrzeigersinn, auftrifft, und wenn ein Lichtstrahl auf eine Oberfläche mit einem Neigungswinkel (einem spitzen Winkel) θ, gemessen im Uhrzeigersinn, auftrifft, bildet der reflektierte Strahl einen Winkel (einen spitzen Winkel) Φ, gemessen im Uhrzeigersinn, mit der Richtung der Referenzachse. Dementsprechend werden reflektierte Lichtstrahlen in zwei Richtungen erzeugt.
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Beispiel 2
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9 zeigt einen Referenzquerschnitt einer Reflektoreinheit aus Beispiel 2.
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Im Referenzquerschnitt ist die Form einer Lichtempfangsfläche liniensymmetrisch in Bezug auf die Referenzachse Ax. Der Abstand Pr zwischen den beiden gegenüberliegenden Seiten des regelmäßigen Sechsecks in 3 wird als Länge der Reflektoreinheit bezeichnet. Im Referenzquerschnitt weist die Lichtempfangsfläche die Form einer Dreieckswelle auf, die durch die Kombination von zwei Arten von Liniensegmenten gebildet ist. Bei der ersten Art ist ein Neigungswinkel jedes Liniensegments, gemessen gegen den Uhrzeigersinn in Bezug auf eine Richtung orthogonal zur Referenzachse Ax, θ, und bei der zweiten Art ist ein Neigungswinkel jedes Liniensegments, gemessen im Uhrzeigersinn in Bezug auf eine Richtung orthogonal zur Referenzachse Ax, θ. Alle Liniensegmente, d. h. die Seiten von Dreiecken, sind gleich lang, und der Betrag der Komponente jedes Liniensegments in Richtung der Länge der Reflektoreinheit ist Ps/2. Die Höhe (die Länge in Richtung der Referenzachse Ax) jeder Dreieckswelle ist h.
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Die Form der Lichtempfangsfläche wird auch als Streustruktur bezeichnet. Die Streustruktur kann als eine periodische Struktur mit der Periode Ps erkannt werden.
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Tabelle 2 enthält numerische Daten der Reflektoreinheit von Beispiel 2. Tabelle 2
Länge Pr der Reflektoreinheit | 4mm |
Form der Streustruktur | Form einer Dreieckswelle |
Periode Ps der Streustruktur (Dreieckswelle) | 2 mm |
Tiefe h der Streustruktur (Dreieckswelle) | 3,56 µm |
Neigungswinkel θ der Lichtem pfangsfläche | 0,204 Grad |
Material der Reflektoreinheit | Acryl |
Brechungsindex n des Materials | 1,5 |
Winkel des reflektierten Strahls in Bezug auf die Richtung der Referenzachse | 0,204 Grad |
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Wie oben beschrieben, wird ein Winkel eines reflektierten Lichtstrahls in Bezug auf die Richtung der Referenzachse wie folgt ausgedrückt:
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Wie unter Verwendung von 4 und 5 beschrieben, bildet der reflektierte Strahl einen Winkel (einen spitzen Winkel) Φ, gemessen gegen den Uhrzeigersinn, mit der Richtung der Referenzachse, wenn ein Lichtstrahl auf eine Oberfläche mit einem Neigungswinkel (einem spitzen Winkel) θ, gemessen gegen den Uhrzeigersinn, auftrifft, und wenn ein Lichtstrahl auf eine Oberfläche mit einem Neigungswinkel (einem spitzen Winkel) θ, gemessen im Uhrzeigersinn, auftrifft, bildet der reflektierte Strahl einen Winkel (einen spitzen Winkel) Φ, gemessen im Uhrzeigersinn, mit der Richtung der Referenzachse. Dementsprechend werden reflektierte Lichtstrahlen in zwei Richtungen erzeugt.
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Beispiel 3
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10 zeigt einen Referenzquerschnitt einer Reflektoreinheit aus Beispiel 3.
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Im Referenzquerschnitt ist die Form einer Lichtempfangsfläche liniensymmetrisch in Bezug auf die Referenzachse Ax. Der Abstand Pr zwischen den beiden gegenüberliegenden Seiten des regelmäßigen Sechsecks in 3 wird als Länge der Reflektoreinheit bezeichnet. Im Referenzquerschnitt weist die Lichtempfangsfläche die Form einer Sinuswelle auf. Die Periode der Sinuswelle ist Ps.
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Die Form der Lichtempfangsfläche wird auch als Streustruktur bezeichnet. Die Streustruktur kann als eine periodische Struktur mit der Periode Ps erkannt werden.
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Tabelle 3 enthält numerische Daten der Reflektoreinheit von Beispiel 3. Tabelle 3
Länge Pr der Reflektoreinheit | 4mm |
Form der Streustruktur | Form einer Sinuswelle |
Periode Ps der Streustruktur (Sinuswelle) | 2mm |
Wert h, der doppelt so groß ist wie die Amplitude der Streustruktur (Sinuswelle) | 1,78 µm |
Maximalwert des Neigungswinkels θ der Lichtem pfangsfläche | 0,204 Grad |
Material der Reflektoreinheit | Acryl |
Brechungsindex n des Materials | 1,5 |
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Leistungsfähigkeit der Reflektoren der Beispiele 1 bis 3
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11 zeigt Beziehungen zwischen einem Winkel, den ein reflektierter Strahl eines parallel zu den Referenzachsen eines Reflektors einfallenden Strahls mit einer zu den Referenzachsen parallelen Richtung in einem Referenzquerschnitt (z. B. B-B-Querschnitt in 1) bildet, der Mittelachsen des Reflektors aufweist, und der Lichtstärke des reflektierten Strahls. Die horizontale Achse in 11 gibt einen Winkel an, den ein reflektierter Strahl eines einfallenden Strahls parallel zu den Referenzachsen des Reflektors mit den Referenzachsen in dem oben beschriebenen Referenzquerschnitt einschließt. Die Einheit des Winkels ist Grad. Positive Winkelwerte stehen für Winkel, die gegen den Uhrzeigersinn gemessen werden, und negative Winkelwerte für Winkel, die im Uhrzeigersinn gemessen werden. Die vertikale Achse in 11 zeigt die Lichtstärke an. Die Einheit der Lichtstärke ist Candela. In allen Beispielen ist die Lichtstärke des reflektierten Strahls diejenige, die sich ergibt, wenn ein Strahl auf eine Oberfläche eines Reflektors fällt, sodass eine Beleuchtungsstärke auf der Oberfläche 18,5 Lux beträgt. Die durchgezogene Linie in 11 zeigt den Fall, dass die Lichtempfangsfläche eben ist und keine Streustruktur aufweist. Die Richtung der reflektierten Strahlen ist im Wesentlichen parallel zu den Referenzachsen. Die gestrichelte Linie in 11 zeigt die Fälle von Beispiel 1 und Beispiel 2. Der Winkel, den die reflektierten Strahlen mit einer Richtung parallel zu den Referenzachsen bilden, beträgt im Wesentlichen -0,2 Grad und +0,2 Grad. Die abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie in 11 zeigt den Fall von Beispiel 3. Der Winkel, den die reflektierten Strahlen mit einer Richtung parallel zu den Referenzachsen bilden, reicht im Wesentlichen von -0,25 Grad bis 0,25 Grad.
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12 zeigt eine Verteilung der Lichtstärke des reflektierten Lichts für den Fall, dass die Lichtempfangsfläche flach ist und keine Streustruktur aufweist. Die Einheit der Lichtstärke ist Candela. Die horizontale Achse von 12 gibt den Winkel an, den ein reflektierter Strahl eines einfallenden Strahls parallel zu den Referenzachsen eines Reflektors mit einer Richtung parallel zu den Referenzachsen in einem Querschnitt (z. B. A-A-Querschnitt in 1) orthogonal zu einem Referenzquerschnitt bildet, der die Mittelachsen des Reflektors und die Lichtstärke des reflektierten Strahls aufweist. Die vertikale Achse in 12 gibt den Winkel an, den ein reflektierter Strahl eines parallel zu den Referenzachsen des Reflektors einfallenden Strahls mit einer Richtung parallel zu den Referenzachsen in einem Referenzquerschnitt (z. B. B-B-Querschnitt in 1) bildet, der die Mittelachsen des Reflektors enthält. Die Einheit des Winkels ist Grad.
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13 zeigt eine Verteilung der Lichtstärke des reflektierten Lichts von Beispiel 1 und Beispiel 2. Die Einheit der Lichtstärke ist Candela. Die horizontale Achse von 13 gibt den Winkel an, den ein reflektierter Strahl eines einfallenden Strahls parallel zu den Referenzachsen eines Reflektors mit einer Richtung parallel zu den Referenzachsen in einem Querschnitt (z. B. A-A-Querschnitt in 1) orthogonal zu einem Referenzquerschnitt bildet, der Mittelachsen des Reflektors enthält. Die vertikale Achse in 13 gibt den Winkel an, den ein reflektierter Strahl eines einfallenden Strahls parallel zu den Referenzachsen des Reflektors mit einer Richtung parallel zu den Referenzachsen in einem Referenzquerschnitt (z. B. B-B-Querschnitt in 1) bildet, der die Mittelachsen des Reflektors enthält. Die Einheit des Winkels ist Grad.
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14 zeigt eine Verteilung der Lichtstärke des reflektierten Lichts von Beispiel 3. Die Einheit der Lichtstärke ist Candela. Die horizontale Achse von 14 gibt den Winkel an, den ein reflektierter Strahl eines einfallenden Strahls parallel zu den Referenzachsen des Reflektors mit einer Richtung parallel zu den Referenzachsen in einem Querschnitt (z. B. A-A-Querschnitt in 1) orthogonal zu einem Referenzquerschnitt bildet, der Mittelachsen des Reflektors und die Lichtstärke des reflektierten Strahls enthält. Die vertikale Achse in 14 gibt den Winkel an, den ein reflektierter Strahl eines parallel zu den Referenzachsen des Reflektors einfallenden Strahls mit einer Richtung parallel zu den Referenzachsen in einem Referenzquerschnitt (z. B. B-B-Querschnitt in 1) bildet, der Mittelachsen des Reflektors aufweist. Die Einheit des Winkels ist Grad.
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Beispiel 4
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15 ist eine Zeichnung zur Veranschaulichung eines Reflektors aus Beispiel 4. Der Reflektor von Beispiel 4 ist mit zwei Arten von Streustrukturen versehen, einer Streustruktur 1 und einer Streustruktur 2. Bei der Streustruktur 1 beträgt der Winkel, den ein reflektierter Strahl mit der Richtung der Referenzachsen bildet, ±0,2 Grad, und bei der Streustruktur 2 beträgt der oben beschriebene Winkel ±1,5 Grad.
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16 zeigt einen gemeinsamen Referenzquerschnitt mehrerer Reflektoreinheiten, die mit den beiden Arten von Streustrukturen aus Beispiel 4 versehen sind. In 16 weist die einzelne Reflektoreinheit, deren Referenzachse durch die abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie dargestellt ist, die Streustruktur 2 auf und jede der anderen Reflektoreinheiten weist die Streustruktur 1 auf.
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In dem oben beschriebenen Referenzquerschnitt ist die Form der Lichtempfangsfläche in jeder Reflektoreinheit liniensymmetrisch in Bezug auf jede Referenzachse. Der Abstand Pr zwischen den beiden gegenüberliegenden Seiten des regelmäßigen Sechsecks in 3 wird als Länge der Reflektoreinheit bezeichnet. Im oben beschriebenen Referenzquerschnitt hat die Lichtempfangsfläche die Form einer Dreieckswelle, die durch die Kombination von zwei Arten von Liniensegmenten gebildet ist. Bei der ersten Art beträgt ein Neigungswinkel jedes Liniensegments, gemessen gegen den Uhrzeigersinn in Bezug auf eine Richtung orthogonal zur Referenzachse Ax, θ1 oder θ2, und bei der zweiten Art beträgt ein Neigungswinkel jedes Liniensegments, gemessen im Uhrzeigersinn in Bezug auf eine Richtung orthogonal zur Referenzachse Ax, θ1 oder θ2. Der Betrag der Komponente jedes Liniensegments in Richtung der Länge der Reflektoreinheit beträgt Ps/2. Die Höhe (die Länge in Richtung der Referenzachse Ax) jeder Dreieckswelle ist h1 oder h2.
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Tabelle 4 enthält numerische Daten der Reflektoreinheit von Beispiel 4. Tabelle 4
Länge Pr der Reflektoreinheit | 4 mm |
Form der Streustruktur 1 | Form einer Dreieckswelle |
Periode Ps der Streustruktur 1 (Dreieckswelle) | 4 mm |
Tiefe h1 der Streustruktur 1 (Dreieckswelle) | 7,12 µm |
Neigungswinkel θ1 der Lichtem pfangsfläche | 0,204 Grad |
Form der Streustruktur 2 | Form einer Dreieckswelle |
Periode Ps der Streustruktur 2 (Dreieckswelle) | 4 mm |
Tiefe h2 der Streustruktur 2 (Dreieckswelle) | 53,4 µm |
Neigungswinkel θ2 der Lichtem pfangsfläche | 1,53 Grad |
Material der Reflektoreinheit | Acryl |
Brechungsindex n des Materials | 1,5 |
Winkel des reflektierten Strahls in Bezug auf die Referenzrichtung in der Streustruktur 1 | 0,204 Grad |
Winkel des reflektierten Strahls in Bezug auf die Referenzrichtung in der Streustruktur 2 | 1,53 Grad |
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Wie oben beschrieben, wird ein Winkel eines reflektierten Lichtstrahls in Bezug auf die Richtung der Referenzachse wie folgt ausgedrückt:
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Wie anhand von 4 und 5 beschrieben, bildet der reflektierte Strahl einen Winkel (einen spitzen Winkel) Φ, gemessen gegen den Uhrzeigersinn, mit der Richtung der Referenzachse, wenn ein Lichtstrahl auf eine Oberfläche mit einem Neigungswinkel (einem spitzen Winkel) θ, gemessen gegen den Uhrzeigersinn, auftrifft, und wenn ein Lichtstrahl auf eine Oberfläche mit einem Neigungswinkel (einem spitzen Winkel) θ, gemessen im Uhrzeigersinn, auftrifft, bildet der reflektierte Strahl einen Winkel (einen spitzen Winkel) Φ, gemessen im Uhrzeigersinn, mit der Richtung der Referenzachse. Dementsprechend werden die reflektierten Lichtstrahlen von jeder Streustruktur in zwei Richtungen erzeugt.
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Leistungsfähigkeit des Reflektors aus Beispiel 4
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17 zeigt Beziehungen zwischen dem Winkel, den ein reflektierter Strahl eines einfallenden Strahls parallel zu den Referenzachsen des Reflektors mit einer Richtung parallel zu den Referenzachsen in einem Referenzquerschnitt bildet, der Mittelachsen des Reflektors enthält, und der Lichtstärke des reflektierten Strahls. Die horizontale Achse von 17 gibt den Winkel an, den ein reflektierter Strahl eines parallel zu den Referenzachsen des Reflektors einfallenden Strahls mit den Referenzachsen in dem oben beschriebenen Referenzquerschnitt bildet. Die Einheit des Winkels ist Grad. Positive Winkelwerte stehen für Winkel, die gegen den Uhrzeigersinn gemessen werden, und negative Winkelwerte für Winkel, die im Uhrzeigersinn gemessen werden. Die vertikale Achse in 17 zeigt die Lichtstärke an. Die Einheit der Lichtstärke ist Candela. In 17 sind reflektierte Strahlen zu sehen, die im Wesentlichen -0,2 Grad und +0,2 Grad mit einer Richtung parallel zu den Referenzachsen bilden, wobei die Strahlen durch die Streustruktur 1 erzeugt wurden, und sind reflektierte Strahlen zu sehen, die -1,5 Grad und +1,5 Grad mit einer Richtung parallel zu den Referenzachsen bilden, wobei die Strahlen durch die Streustruktur 2 erzeugt wurden.
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In 17 sind neben den reflektierten Strahlen, die die oben beschriebenen Winkel mit einer Richtung parallel zu den Referenzachsen bilden, reflektierte Strahlen zu sehen, die -0,85 Grad und +0,85 Grad mit einer Richtung parallel zu den Referenzachsen bilden. Der Grund dafür ist der folgende. An den Grenzen der Streustruktur 1 und der Streustruktur 2 gibt es Reflektoreinheiten, von denen jede einen Abschnitt der Lichtempfangsfläche der Streustruktur 1 und einen Abschnitt der Lichtempfangsfläche der Streustruktur 2 aufweist, und die Form der Lichtempfangsfläche jeder Streustruktur ist nicht liniensymmetrisch in Bezug auf die Referenzachse. Diese Reflektoreinheiten erzeugen die reflektierten Strahlen, die -0,85 Grad und +0,85 Grad mit einer Richtung parallel zur Referenzachse bilden.
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Im Allgemeinen ist die Lichtstärke der reflektierten Strahlen, die von einer Streustruktur erzeugt werden, proportional zur Anzahl der mit der Streustruktur versehenen Reflektoreinheiten. Dementsprechend kann, wenn die Anzahl der Reflektoreinheiten, die mit den Streustrukturen 1 bereitgestellt sind, und der Reflektoreinheiten, die mit den Streustrukturen 2 bereitgestellt sind, erhöht wird, die Lichtstärke der reflektierten Strahlen, die von Reflektoreinheiten an den Grenzen zwischen der Streustruktur 1 und der Streustruktur 2 erzeugt werden, wobei die Form der Lichtempfangsfläche in jeder der Reflektoreinheiten nicht liniensymmetrisch in Bezug auf die jeweiligen Referenzachsen ist, relativ klein gemacht werden.
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18 zeigt eine Verteilung der Lichtstärke des reflektierten Lichts aus Beispiel 4. Die Einheit der Lichtstärke ist Candela. Die horizontale Achse von 18 gibt einen Winkel an, den ein reflektierter Strahl eines einfallenden Strahls parallel zu den Referenzachsen des Reflektors mit einer Richtung parallel zu den Referenzachsen in einem Querschnitt (z. B. A-A-Querschnitt in 1) orthogonal zu einem Referenzquerschnitt bildet, der Mittelachsen des Reflektors und die Lichtstärke des reflektierten Strahls aufweist. Die vertikale Achse in 18 gibt einen Winkel an, den ein reflektierter Strahl eines parallel zu den Referenzachsen des Reflektors einfallenden Strahls mit einer Richtung parallel zu den Referenzachsen in einem Referenzquerschnitt (z. B. B-B-Querschnitt in 1) bildet, der Mittelachsen des Reflektors enthält. Die Einheit des Winkels ist Grad.
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Andere Ausführungsformen
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In den oben beschriebenen Ausführungsformen und Beispielen wird ein Eckwürfel als retroreflektierende Struktur verwendet. Als retroreflektierende Struktur kann auch eine andere Struktur, z. B. eine Kugellinse, verwendet werden. Mehrere Reflektoreinheiten, die jeweils mit einer Kugellinse als retroreflektierende Struktur versehen sind, werden derart angeordnet, dass die Referenzquerschnitte der jeweiligen Reflektoreinheiten miteinander übereinstimmen oder parallel zueinander sind. Die Lichtempfangsfläche ist derart geformt, dass die Form im Querschnitt jeder Reflektoreinheit und in den zum Querschnitt parallelen Querschnitten einheitlich ist und innerhalb jeder Reflektoreinheit in Bezug auf die Referenzachse der Reflektoreinheit liniensymmetrisch ist.
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Auch wenn eine Kugellinse als retroreflektierende Struktur verwendet wird, wird ähnlich wie in den Beispielen 1 bis 4 ein Winkel eines reflektierten Lichtstrahls in Bezug auf die Richtung der Referenzachsen durch den folgenden Ausdruck bestimmt, der einen Neigungswinkel θ der Lichtempfangsfläche und den Brechungsindex eines Materials der Reflektoreinheiten aufweist:
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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