DE2419629A1

DE2419629A1 - Rueckweisender reflektor

Info

Publication number: DE2419629A1
Application number: DE2419629A
Authority: DE
Inventors: Sidney A Heenan
Original assignee: Amerace Corp
Current assignee: Amerace Corp
Priority date: 1973-05-22
Filing date: 1974-04-24
Publication date: 1974-12-12
Also published as: IT1014202B; FR2231020B1; CA996529A; GB1458434A; US3833285A; FR2231020A1

Description

a HAMBURG 7O

SCHLOSSTRASSEfS PATENTANWÄLTE

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PATENT- und RECHTSANWALT DIPL-ΙΝΘ. DR. JUR. GERT HELDT

Unsere Akte: 2133/11

AMERACE CORPORATION

24 5 Park Avenue, New York,
New York 1001", U.S.A.

Rückweisender Reflektor.

Die Erfindung betrifft einen rückweisenden Reflektor mit einem Körper aus durchscheinendem Material mit einer lichtaufnehmenden vorderen Oberfläche und einer Vielzahl rückweisender Reflektorelemente an der Rückseite, von denen jedes eine erste, zweite und eine dritte Fläche aufweist, die einander zur Bildung eines ersten, eines zweiten und eines dritten Dihedralwinkel schneiden, wobei die Kanten, die durch den ersten Dihedralwinkel definiert sind, in einer parallelen ersten Ebene liegen, und die zweiten und dritten Dihedralwinkel jedes Reflektorelementes im wesentlichen 9o sind.

Grundsätzlich ist die Erfindung auf Würfeleckenreflektoren gerichtet, die einen von einer Lichtquelle austretenden Lichtstrahl theoretisch zurück zu der Lichtquelle werfen und zwar auf dem Weg des einfallenden Lichtes. Wenn ein derartiger idealer Reflektor an einer Straße aufgestellt ist, um von Fahrzeugscheinwerfern ausgehendes Licht zurückzuwerfen, wird das reflektierte Licht zurück zu dem Scheinwerfer geworfen, so daß der Reflektor für den Fahrer des Fahrzeuges dunkel erscheint, da kein Licht in Richtung auf seine Augen reflektiert wird.

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TELEFON: CO4O} β O2 7O Ο4/β8 ; TELEGRAMME: PATFAY, HAMBURG

Ein Würfeleckenreflektor hat aber keine derart perfekten Charakteristiken. Das reflektierte Licht beschreibt einen schmalen Kegel. Dieses kegelförmige Muster wird hervorgerufen durch Ungenauigkeiten in den Reflektorelementen, insbesondere durch Krümmungen an den Flächen, die die Würfelecken bilden. Der Kegel ist durch einen Streuungswinkel festgelegt, bei dem es sich um den Winkel zwischen einem Kegelelement und der Kegelachse handelt. An jedem Punkt innerhalb dieses Kegels übersteigt die spezifische Intensität des .reflektierten Lichtes einen vorherbestimmten Wert.

Der Bepbachtungswinkel (sichtbare Winkel) ist als der Winkel definiert, der zwischen einer Beobachtungslinie in Richtung auf den Reflektor und einer Linie liegt, die von der Lichtquelle zum Reflektor verläuft. Unter bestimmten Umständen ist es erforderlich, daß der Würfeleckenreflektor das Licht unter einem Beobachtungswinkel von 1,5 reflektiert. Die Ausbildung entsprechend gekrümmter Flächen an den Würfelecken zur Ausbildung des Streuungswinkels von 1,5 ist nicht zufriedenstellend, da die Intensität des Lichtes in dem Beobachtungswinkel zwischen 0 und o,5 zu gering ist. Eine Lösung dieses Problems stellt die Anordnung prismatischer Elemente oder die Ausbildung zylindrischer Oberflächen an der vorderen Oberfläche des Reflektors dar, die mit einigen ausgewählten Würfeleckenelementen an der rückwärtigen Oberfläche ausgerichtet sind. Diese prismatischen Elemente verändern die Achse, an der eine Scheitel- oder Spitzenempfindlichkeit erreicht wird, d. h. die Nennstreuungsachse ändert sich von 0° auf einen anderen Wert, beispielsweise 1,3°. Ein Nachteil dieser Lösung liegt in der genauen Deckung zwischen den prismatischen Elementen und ihren zugeordneten Würfeleckenelementen. Diese genaue Deckung ist schwierig zu erreichen. Die Verwendung zylindrischer Oberflächen zur Änderung des Streuungswinkels ist mit ähnlichen Nachteilen behaftet.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen rückweisenden Reflektor der eingangs genannten Art zu schaffen, der Licht in einem auseinander gezogenen Muster reflektiert.

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Diese Aufgabe wird bei einem Reflektor der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der erste Dihedralwinkel mindestens einiger Reflektorelemente größer als 9o° ist, so daß das durch den Reflektor reflektierte Licht in Ebenen senkrecht zu den ersten Ebenen stärker streut als in Ebenen parallel zu den ersten Ebenen.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 die rückwärtige Oberfläche eines Reflektors, wobei

die schraffierten Reflektorelemente diejenigen sind, bei denen die Nennstreuungsachsen von denjenigen, die im wesentlichen den Wert 0 haben, abweichen;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Reflektors zur

Veranschaulichung des einfallenden und reflektierten Lichtes;

Fig. 3 eine Teilansicht eines Abschnittes der rückwärtigen Oberfläche des Reflektors im vergrößerten Maßstab;

Fig. 4 das Reflektorelement in dem-mit 4 bezeichneten Kreis der Fig. 3 im vergrößerten Maßstab;

Fig. 5 einen Schnitt gemäß der Linie 5-5 der Fig. 4; Fig. 6 einen Schnitt gemäß der Linie 6-6 der Fig. 4; Fig. 7 einen Schnitt gemäß der Linie 7-7 der Fig. 6;

Fig. 8 eine Ansicht eines Reflektionsmusters eines herkömmlichen (Standard) Reflektorelementes;

Fig. 9 eine Ansicht eines Reflektionsmusters eines "schrägen" Reflektorelementes;

Fig. Io ein Schaubild zur Darstellung der spezifischen

Intensität des reflektierten Lichtes aufgetragen über den Beobachtungswinkel; und

Fig. 11 ein Schaubild, das demjenigen der Fig. Io entspricht, jedoch einen anderen Maßstab zur Veranschaulichung einer Einzelheit hat.

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Der in Fig. 1 dargestellte Reflektor 2o besteht aus einem Körper 21 aus durchscheinendem Kunststoffmaterial, vorzugsweise Polymethylmethacrylat. Der Körper 21 weist eine glatte vordere Oberfläche auf, die bei dem dargestellten Beispiel flach ist. Die rückwärtige Oberfläche 23 des Körpers 21 ist mit einer Anzahl rückweisender Reflektorelemente 4o versehen, die in Fig. 1 zum Teil als schraffierte und zum Teil als nichtschraffierte Quadrate dargestellt sind. Diese Reflektorelemente werfen einfallende Lichtstrahlen zurück zur Lichtquelle. Bei dem dargestellten Beispiel ist der Reflektor 2o mit 32o unschraffierten Reflektorelementen - die als Standardreflektorelemente bezeichnet werden - und mit 3o schraffierten Reflektorelementen ausgerüstet, die als "schräge" Reflektorelemente bezeichnet werden.

In Fig. 2 ist eine Lichtquelle 3o dargestellt, aus der ein Lichtstrahl 31 austritt, der durch ein Loch 33 in einem photografischen Film 32 hindurchgeht. Der Strahl 31 geht durch die vordere Oberfläche 22 des Reflektors 2o und durch den Körper 21 bis er auf der rückwärtigen Oberfläche 23 an einem Abschnitt eines Standardreflektorelementes auftritt. Geringfügige Ungenauigkeiten des Reflektors 2o, insbesondere in der genauen glatten und ebenen Ausbildung der Flächen hat zur Folge, daß ein Teil des Lichtes streut, so wie es durch die Strahlen 31a und 31b veranschaulicht ist. Die zurückgeworfenen Lichtstrahlen bilden daher einen Kegel, der durch seinen Streuungswinkel definiert ist. Bei diesem Streuungswinkel handelt es sich um den Winkel zwischen dem Kegel und seiner Achse. An jedem Punkt innerhalb des Kegels übertrifft die spezifische Intensität des reflektierten Lichtes einen vorherbestimmten Wert. Der Streuungswinkel schwankt in Abhängigkeit von der Qualität des Reflektors.

In den Fig. 3 bis 6 sind Einzelheiten der Reflektorelemente 4o dargestellt. Jedes Reflektorelement 4o weist drei Flächen 41, 42 und 43 auf, die sich an Kanten 44, 45 und 46 schneiden. Die Flächen 41, 42 und 43 sind sämtlich ausgehend von einer gemeinsamen Spitze oder einem Scheitel 47 geneigt. Jedes Element 4o hat eine Achse 48 (Fig. 6) und ist in seiner Außenlinie als Quadrat ausgebildet, obwohl auch rechteckige und vieleckxge Ausfuhrungsformen denkbar sind.

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Jedes Element 4o hat eine Seite 5o, die in der Fläche 41 liegt. Das Ende der Kante 44 teilt eine zweite Seite 51 in einen kürzeren und einen längeren Abschnitt. Die Kante 45 geht durch die Mitte der dritten Seite 52 und die Kante 46 teilt die vierte Seite 53 in einen längeren und einen kürzeren Abschnitt. In jedem Element 4o hat der Dihedralwinkel zwischen den Flächen 41 und 42 im wesentlichen den Wert 9o . Ebenso hat der Dihedralwinkel zwischen den Flächen 41 und' 43 in jedem Reflektorelement 4o im wesentlichen den Wert 9o . Schließlich ist der Dihedralwinkel zwischen den Flächen 42 und 43 jedes Standardelementes 4o ebenfalls und im wesentlichen 9o groß. Ein Dihedralwinkel kann 9o ungefähr sechs oder sieben Bogenminuten übersteigen und trotzdem im wesentlichen 9o° sein. Dieses führt zu einer geringen Streuung des reflektierten Lichtes im Bereich von wenigen Zehntelgraden.

Die "schrägen" Reflektorelemente 4o haben einen Dihedralwinkel zwischen den Flächen 42 und 43 der größer ist als der Winkel zwischen den Flächen 41 und 42 und der Winkel zwischen den Flächen 41 und 43, und zwar beispielsweise kann der Winkel zwischen

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den Flächen 42 und 43 9o 3o betragen, wobei der Dihedralwinkel zwischen den Flächen 41 und 42 und den Flächen 41 und 43 im wesentlichen 9o° bleibt. In jedem Fall ist die Kante 45 im wesentlichen senkrecht zu der Fläche 41, da der Dihedralwinkel zwischen den Flächen 42 und 43 den Winkel zwischen der Kante 45 und der Fläche 41 nicht beeinflußt.

Fig. 7 stellt einen Schnitt durch ein "schräges" Reflektorelement dar, wobei der Winkel zwischen den Flächen 42 und 43 mit 55 bezeichnet ist. Die strichpunktierte Linie 56 stellt die Ebene dar, durch die die Kante 45 und die Achse 48 gehen. Die Fläche bildet einen Winkel 57 mit der Ebene 56. Die Fläche 43 bildet einen Winkel 58 mit der Ebene 56. Wenn der Winkel 55 den Wert 9o°3o' hat, sind die Winkel 57 und 58 beide 45°15'. In diesem Fall sind beide Flächen 42 und 43 in entgegengesetzten Richtungen um die Kante 45 gekippt. Alternativ kann der Winkel 58 den Wert 45° annehmen, während der Winkel 57 den Wert 45 3o' annimmt, so daß nur die Fläche 42 gekippt ist.

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In Fig. 8 ist ein Ausschnitt des photografischen Films 32 dargestellt, der durch einen Lichtstrahl belichtet wurde, der durch ein Standardreflektorelement reflektiert wurde, und zwar so wie in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben. Ein Unregelmäßigkeitsbereich 6o hat sich um das Loch 33 herumausgebildet und gibt das reflektierte Licht wieder. Da das Licht geringfügig streut*ist es nicht vollständig auf die Mitte des Loches 33 konzentriert. Die maximale Intensität des zurückgeworfenen Lichtstrahles liegt in der Mitte und je weiter die Entfernung von der Mitte zunimmt, desto geringer wird die Intensität. Die Größe des Bereiches 6o hängt daher von derBelichtungszeit des Filmes 32 ab. Bei einem Standardreflektorelement ist der Winkel zwischen dem einfallenden Licht und der Nennstreuungsachse - an der entlang die Intensität des zurückgeworfenen Lichtstrahles am größten ist - im wesentlichen 0 , und das Licht, das durch ein Standardelement reflektiert wird, bildet die Form eines schmalen Kegels.

Bei einem "schrägen" Reflektorelement, bei dem der Dihedralwinkel zwischen den Flächen 42 und 43 beispielsweise 9o°3o' beträgt, ergibt sich ein Muster, wie es in Fig. 9 veranschaulicht ist. Die feelichteten Bereiche sind in eine Richtung senkrecht zu der Ebene 56, die die Kante 45 und die Elementenachsen 48 enthält voneinander getrennt. Das Licht wird auf einen Bereich 61, der um eine Entfernung 62 von der Mitte des Loches 33 nach oben verschoben ist und auf einen Bereich 63 reflektiert, der um einen Abstand 64 von der Mitte des Loches 33 nach unten verschoben ist. Durch Messen der Abstände 62 und 64 und der Entfernung des Films 32 von dem Reflektor 2o kann der Winkel der Nennstreuungsachse errechnet werden. Bei einem Dihedralwinkel zwischen den Flächen und 43 von ungefähr 9o°3o' beträgt der Winkel der Nennstreuungsachse in jede Richtung ungefähr 1,3°. An diesem Winkel liegt die Spitze der Lichtempfindlichkeit, wobei ein Unregelmäßigkeitsbereich in der gleichen Weise entsteht, wie der Unregelmäßigkeitsbereich 6o.

Fig. Io ist ein Schaubild zur Darstelling der spezifischen Intensität gemessen in einer geeigneten Maßeinheit (candle power per

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foot candle) des einfallenden Lichtes, und zwar aufgetragen über den Beobachtungswinkel für den Reflektor 2o. Der Reflektor 2o reflektiert 13o Kerzeneinheiten des einfallenden Lichtes bei einem Beobachtungswinkel von 0 , d. h. die Sichtlinie ist ausgerichtet mit der Nennstreuungsachse der 32o Standardreflektorelemente .

Durch die 3o "schrägen" Reflektorelemente mit einem Winkel 55 von 9o 3o' wird eine zweite Spitze in der spezifischen Intensität bei 1,3 geschaffen. Fig. 11 zeigt diesen Bereich der Kurve mit einer verstärkten oder auseinandergezogenen Abzisse. Die Nennstreuungsachsen der "schrägen" Reflektorelemente haben einen Winkel von 1,3°. Das reflektierte Licht nimmt die Form von Kegeln an, die um diese Achsen zentriert sind, wobei der Wert der spezifischen Intensität bei 1,3 unmittelbar von der Anzahl der "schrägen" Elemente in dem Reflektorelement 2o abhängig ist. Unter der Annahme, daß ein festgelegter Bereich insgesamt 35o Element aufweist, hätte eine Zunahme der Zahl der "schrägen" Elemente um 3o eine entsprechende Abnahme der Standardelemente zur Folge. Hierdurch würde die spezifische Intensität der Standardreflelition um ungefähr Io % an unteren Beobachtungswinkeln abnehmen.

Da nur der Winkel 55 vergrößert wurde, erfolgt die Streuung des Lichtstrahles nur in einer Richtung, d. h. in einer Richtung, die senkrecht zu der Ebene 58 ist, die die Kanten 45 der Elemente enthält.

Die Kombination von Standard-und "schrägen" Elementen hat ein auseinander gezogenes Lichtmuster zur Folge, deren Spitze und Boden durch die Bereiche 61 und 63 definiert sind, wobei der mittlere Abschnitt des Musters einen Bereich aufweist, der dem Bereich 6o entspricht. Es ist noch zu bemerken, daß bei Fehlen der "schrägen" Elemente der Wert der spezifischen Intensität bei einem Streuungswinkel von 1,5 wesentlich geringer sein würde als der Wert von zwei Kerzeneinheiten einfallenden Lichtes angezeigt in dem Schaubild der Fig. 11.

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Das Ergebnis einer Reflektion nach der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Standardreflektorelemente den Reflektor in dem gewöhnlichen kleinen Beobachtungswinkel sichtbar machen, wohingegen die "schrägen" Reflektorelemente den Reflektor 2o unter einem größeren Beobachtungswinkel sichtbar machen. Wenn es erforderlich ist, können Reflektorelemente mit Nennstreuungsachsen anderer Winkel vorgesehen sein. Beispielsweise können Reflektorelemente mit einer Nenns tr euuijgs achse unter einem Winkel von O/8 vorgesehen sein, um die Empfindlichkeit des Reflektors 2o unter diesem Winkel zu vergrößern. Reflektorelemente mit Nennstreuungsachsen unter verschiedenen Zwischenwinkeln haben eine Abflachung der in den Fig. Io und 11 dargestellten Kurven zur Folge.

Der Streuungswinkel des reflektierten Lichtes, insbesondere in dem Bereich der Spitzenempfindlichkeit kann durch Änderung der Flächen der Reflektorelemente 4o gesteuert werden, beispielsweise durch Hinzufügen von zylindrischen Krümmungen erfolgt eine Zunahme der Streuung.

Der Reflektor 2o kann so befestigt werden, daß die Ebenen, die die Kanten 45 der Reflektorelemente 4o enthalten, horizontal liegen. In diesem Fall erfolgt die Verschiebung der Nennstreuungsachsen in einer senkrechten Ebene.

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Claims

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Patentansprüche

.J Rückweisender Reflektor zur Reflektion von Licht mit einem Körper aus durchscheinendem Material mit einer lichtaufnehmenden vorderen Oberfläche und einer Vielzahl von rückweisenden Reflektorelementen an der rückwärtigen Oberfläche, von denen jedes erste, zweite und dritte Flächen aufweist, die einander zur Bildung erster, zweiter und dritter Dihedralwinkel schneiden, wobei die Kanten, die durch den ersten Dihedralwinkel für die Elemente festgelegt sind, in einer parallelen ersten Ebene liegen, und die zweiten und dritten Dihedralwinkel jedes Reflektorelementes im wesentlichen den Wert 9o haben, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Dihedralwinkel (55) mindestens einiger der Reflektorelemente (4o) größer als im wesentlichen 9o ist, so daß das durch den Reflektor (2o) reflektierte Licht stärker in Ebenen senkrecht zu den ersten Ebenen (56) streut als in Ebenen parallel zu den ersten Ebenen (56), um ein auseinander gezogenes Muster des reflektierten Lichtes zu erzeugen.

2. Reflektor nach. Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Dihedralwinkel (55) der anderen Reflektorelemente (4o) im wesentlichen 9o ist.

3. Reflektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dafr der erste Dihedralwinkel (55) mindestens einiger Reflektorelemente (4o) im wesentlichen 9o 3ο¹ ist.

4. Reflektorelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Dihedralwinkel (55) mindestens einiger Reflektorelemente (4o) so ausgewählt ist, daß das durch diese Elemente reflektierte Licht eine spitzenspezifische Intensität unter einem Winkel von im wesentlichen 1,3 in Ebenen senkrecht zu den ersten Ebenen (56) hat.

5. Reflektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen (41, 42, 43) zylinderförmige Ausbildungen aufweisen, die das durch den Reflektor (2o)reflektierte Licht bei Verwendung streuen.

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