Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verkehrsschild, das
bei Nacht für die Insassen herankommender Fahrzeuge aus
großer Entfernung sichtbar ist, d.h. eine hohe Auffälligkeit
besitzt, und das auch beim Näherkommen leicht zu lesen ist,
d.h. eine gute Lesbarkeit besitzt.
Stand der Technik
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Verkehrsschilder, wie zum Beispiel Autobahnschilder,
Markierungen, Reklameschilder, etc. werden seit langem unter
Verwendung von rückstrahlendem Blattmaterial hergestellt.
Rückstrahlendes Blattmaterial reflektiert einfallende
Lichtstrahlen im wesentlichen zurück zur Lichtquelle in Form
eines Lichtkegels. Das von den Scheinwerfern eines
Kraftfahrzeugs auf ein mit einem solchen Blattmaterial versehenes
Schild ausgesandte Licht wird zu dem Fahrzeug
zurückreflektiert, so daß es für die Insassen des Fahrzeugs sichtbar
ist.
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In der Praxis wurde rückstrahlendes Blattmaterial
typischerweise zunächst bei Verkehrsschildern im Hintergrundbereich
des Schildes verwendet, wobei das Blattmaterial um erhabene
Zeichen herum ausgeschnitten war oder wahlweise bedeckt,
z.B. bemalt war, um diese Zeichen zu bilden. Ein Insasse
eines herankommenden Fahrzeugs würde also zunächst den
Hintergrund des Schildes wahrnehmen, und beim Näherkommen würden
die Zeichen lesbar werden infolge des Kontrastes von
Helligkeit und Farbe zwischen den Zeichen und dem Hintergrund. Ein
solches Schild ist im US-Patent Nr. 2 326 634 (Gebhard et
al.) offenbart, wo es um die Rückstrahlungshelligkeit eines
auf Mikrokügelchen basierenden Blattmaterials geht und um
den Zusammenhang mit dem Brechungsindex der Mikrokügelchen.
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Verkehrsschilder können auch aus einem aus Würfelecken
aufgebauten rückstrahlenden Blattmaterial hergestellt sein, wie
es im US-Patent Nr. 3 712 706 (Stamm) offenbart ist, das
solche Blattmaterialien und Verfahren zu ihrer Herstellung
beschreibt.
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Neuere Ausführungsform verwenden ein rückstrahlendes
Blattmaterial sowohl im Hintergrundbereich als auch im
Zeichenbereich. Solche Kombinationen führen typischerweise zu
einer erhöhten Wahrnehmbarkeit und Erkennbarkeit, also
Auffälligkeit, des Schildes aus großer Entfernung. Die
Lesbarkeit wird typischerweise dadurch erreicht, daß ein Bereich
eingefärbt wird, um einen Farbkontrast herzustellen, was
typischerweise zu einem Verhältnis der
Rückstrahlungshelligkeit, d.h. zum einem Kontrastverhältnis führt, das auf den
beabsichtigten Beobachtungsabständen im wesentlich
konstant ist. Beispielweise kann ein weißes oder silbernes
Blattmaterial für die Zeichen verwendet werden und ein
grünfarbiges Blattmaterial als Hintergrund, wie man es
üblicherweise entlang der Autobahn in den Vereinigten Staaten
sieht. Solche Schilder haben normalerweise ein in
wesentlichen konstantes Kontrastverhältnis von etwa 5:1 bis 6:1,
d.h. der Zeichenbereich ist um das jeweils angegebene
Verhältnis heller als der Hintergrundbereich.
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Ein Problem bei manchen Verkehrsschildern ist, daß sie bei
Nacht möglicherweise schwer zu lesen sind, weil eine sehr
helle Rückstrahlung durch den Hintergrund die Zeichen leicht
verblassen läßt oder undeutlich macht, so daß sie schwer zu
sehen sind. Die zu erreichende maximale Helligkeit des
Hintergrundes ist also im allgemeinen begrenzt durch den Grad,
um den sie die Lesbarkeit des Schildes reduziert, und die zu
erreichende maximale Lesbarkeit ist im allgemeinen um den
Grad reduziert, um den der Kontrast der Zeichen gegenüber
dem Hintergrund reduziert ist.
Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung gibt ein verbessertes
Verkehrsschild an, bestehend aus hellen, z.B. weißen oder silbernen,
rückstrahlenden Zeichen und einem farbigen, z.B. grünen,
roten oder blauen Hintergrund, welches die überraschende
Kombination einer verbesserten Lesbarkeit, d.h. die darauf
enthaltenen Informationen sind leichter zu lesen, und auch
einer verbesserten Auffälligkeit, d.h. das Schild ist
leichter wahrzunehmen und zu erkennen, bietet.
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Die Vorteile dieser Erfindung werden dadurch erzielt, daß
die Rückstrahlungseigenschaften des im Hintergrundbereich
verwendeten rückstrahlenden Materials und des im
Zeichenbereich verwendeten rückstrahlenden Materials getrennt
voneinander, aber zusammenwirkend optimiert werden. solche
Materialien werden hier als Blattmaterialien bezeichnet,
vielleicht die häufigste Form eines solchen rückstrahlenden
Materials, aber andere rückstrahlende Materialien, z.B.
Farben, die die nachstehend erläuterten gewünschten
Eigenschaften besitzen, sollen durch den Begriff "Blattmaterial"
mitabgedeckt sein. Das im Hintergrundbereich verwendete
rückstrahlende Blattmaterial ist so ausgewählt, daß es eine
maximale Rückstrahlungsleistung bei kleinen
Beobachtungswinkeln besitzt, die so großen Beobachtungsabständen
entsprechen, wo das Schild nicht mehr zu lesen ist, aber wo es
wahrgenommen und erkannt werden soll (hier bezeichnet als
Sichtbarkeitszonen, die weiter unten beschrieben werden);
und daß es eine relativ geringere Rückstrahlungsleistung bei
den größeren Beobachtungswinkeln besitzt, die kurzen
Beobachtungsabständen in der Nähe des Schildes entsprechen, wo
das Schild zu lesen sein soll (hier bezeichnet als
Lesbarkeitszonen, die weiter unten beschrieben werden). Das für
die Zeichen verwendete rückstrahlende Blattmaterial ist
mittlerweile so gewählt, daß es innerhalb der
Lesbarkeitszone des Schildes eine hohe Rückstrahlungsleistung bei den
größeren Beobachtungswinkeln besitzt, die kurzen
Beobachtungsabständen entsprechen. Die zwei Bereiche des Schildes
werden also zusammenwirkend verwendet: bei großen
Entfernungen, d.h. bei kleinen Beobachtungswinkeln, bietet der
Hintergrund eine helle Rückstrahlung, wobei der normalerweise
große Hintergrundbereich des Schildes zur Erhöhung seiner
Auffälligkeit wirksam eingesetzt wird, so daß das Schild
wegen seiner erhöhten Rückstrahlungshelligkeit leichter
wahrzunehmen ist, und wegen seiner auffallenden Farbe leichter
zu erkennen ist; und bei kürzeren Abständen, d.h. bei
relativ größeren Beobachtungswinkeln, wird das
Kontrastverhältnis von Zeichenbereich zu Hintergrundbereich größer, so daß
die Lesbarkeit der auf dem Schild dargestellten Information
verbessert wird.
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Kurz gesagt, die hier angegebene Erfindung ist ein Schild,
wie zum Beispiel ein Autobahnschild, oder eine Markierung,
bestehend aus einem farbigen Hintergrundbereich und einem
hellen Zeichenbereich, der jeweils mit einem rückstrahlenden
Überzug versehen ist. Der rückstrahlende Überzug auf jedem
Bereich ist so gewählt, daß das Verhältnis der
Rückstrahlungshelligkeit zwischen den Zeichen und dem Hintergrund
wesentlich größer ist bei größeren Beobachtungswinkeln, die
Beobachtungspunkten innerhalb der Lesbarkeitszone des
Schildes entsprechen, als bei kleineren Beobachtungswinkeln, die
entfernteren Beobachtungspunkten entsprechen. Wesentlich
größer heißt, daß das Kontrastverhältnis in der
Lesbarkeitszone mindestens 25 % größer ist als das Kontrastverhältnis
in der Sichtbarkeitszone, d.h. wenn das Kontrastverhältnis
in der Sichtbarkeitszone 4:1 beträgt, dann wird es in der
Lesbarkeitszone mindestens 5:1 betragen. Vorzugsweise ist
das Kontrastverhältnis in der Lesbarkeitszone mindestens 50
% größer als in der Sichtbarkeitszone, um sicherzustellen,
daß ein großer Teil der Bevölkerung die Verbesserung in der
Lesbarkeit erkennen kann. Eine solche Änderung des
Kontrastverhältnisses kann durch folgendes erreicht werden: 1)
Verwendung
von rückstrahlendem Blattmaterial im Hintergrund,
das bei Betrachtung aus der Lesbarkeitszone im allgemeinen
relativ weniger Licht reflektiert als bei Betrachtung aus
der Sichtbarkeitszone; 2) Verwendung von rückstrahlendem
Blattmaterial im Zeichenbereich, das bei Betrachtung aus der
Lesbarkeitszone im allgemeinen relativ mehr Licht
reflektiert als bei Betrachtung aus der Sichtbarkeitszone; oder 3)
eine Kombination dieser beiden Maßnahmen.
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Wenn also ein Fahrzeug auf ein Schild wie es hier
beschrieben ist zufährt, wird das Schild das von dem Fahrzeug auf
das Schild einfallende Licht wie folgt reflektieren. Wenn
man auf das Schild zufährt, ist es schon aus großer
Entfernung leicht wahrzunehmen und zu erkennen, d.h. es ist
auffällig, wegen der hellen Rückstrahlung des Hintergrundes in
Verbindung mit jeglicher Rückstrahlung, die von den Zeichen
bei dieser Entfernung geliefert wird. Wenn das Fahrzeug
jedoch näher heranfährt und in die Lesbarkeitszone kommt, wird
das Verhältnis der Rückstrahlungshelligkeit zwischen den
Zeichen und dem Hintergrund wesentlich höher, so daß die
Lesbarkeit der Zeichen verbessert wird. Überraschenderweise
gibt die vorliegende Erfindung also eine Einrichtung an, mit
der bei einem Schild sowohl eine hohe Auffälligkeit als auch
eine hohe Lesbarkeit erreicht werden kann, wodurch die
Gesamtleistung eines Verkehrsschildes in einer Weise
verbessert wird, die es bisher nicht gab, weil sich diese beiden
Leistungskriterien anscheinend gegenseitig ausschließen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.
Darin zeigen:
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Fig. 1 eine schematische Darstellung des Zusammenhangs
zwischen der Lesbarkeitszone und der Sichtbarkeitszone,
wie sie hier beschrieben sind;
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Fig. 2 eine Darstellung der Art der Rückstrahlung;
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Fig. 3 die Geometrie der Rückstrahlung, wie sie in einem
Verkehrsschild verwendet wird;
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Fig. 4 eine Draufsicht auf ein Schild gemäß der Erfindung;
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Fig. 5 eine graphische Darstellung der relativen
Rückstrahlungshelligkeit der Zeichen und des Hintergrundes
einer Ausführungsform der Erfindung bei
unterschiedlichen Beobachtungswinkeln; und
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Fig. 6 eine graphische Darstellung der relativen
Rückstrahlungshelligkeit des Zeichenbereichs und des
Hintergrundbereichs im Vergleich zu einer erläuternden
Ausführungsform der Erfindung und einem bekannten
Schild.
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Diese Figuren, die lediglich der Veranschaulichung dienen,
sind nicht maßstabsgerecht und sollen keine Einschränkung
bedeuten.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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Verkehrsschilder befinden sich normalerweise an oder in der
Nähe des Fahrbahnrandes oder über der Fahrbahn, im
wesentlichen mit Richtung auf den herankommenden Verkehr und in
dessen Sichtlinie, so daß die Insassen solcher Fahrzeuge die
darauf angegebenen Informationen lesen können, z.B.
Richtungshinweise, Entfernungsangaben oder Verkehrsleithinweise.
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Der Bereich in der Sichtlinie des sich einem Schild
nähernden herankommenden Verkehrs, der an dem Punkt beginnt, an
dem die darauf befindlichen Zeichen als erstes von Personen
mit normaler Sehschärfe, d.h. einer Sehkraft von 20/20,
gelesen werden können, und sich bis zu dem Schild erstreckt,
wird hier als Lesbarkeitszone bezeichnet. Gemäß Fig. 1 ist
das Schild 2 am Rand der Fahrbahn 4 angeordnet. Der Wagen 6,
der auf das Schild zufährt, befindet sich in der
Lesbarkeitszone 8, d.h. die Zeichen (nicht dargestellt) auf dem
Schild 2 können von den Insassen (ebenfalls nicht
dargestellt) von Wagen 6 gelesen werden. Die genaue Größe einer
solchen Zone hängt zum Teil ab von der Größe und Form der
auf dem Schild als Anzeige dargestellten Zeichen. Die
nachstehende Tabelle gibt die typische maximale Entfernung an,
bei der Zeichen der angegebenen Größe und Form als lesbar
gelten für Personen mit einer normalen Sehschärfe, d.h.
einer Sehkraft von 20/20.
Tabelle 1
Buchstabenhöhe (cm/in)
Serie C¹ (m/ft)
Serie E - Modifiziert¹ (m/ft)
¹ Standardalphabet für Autobahnschilder und
Fahrbahnmarkierungen, US-Verkehrsministerium, US-Autobahnverwaltung,
Verkehrsbehörde.
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Die Sichtbarkeitszone ist hier als der Bereich in der
Sichtlinie des herankommenden Verkehrs beschrieben, der jenseits
der Lesbarkeitszone liegt. In dieser Zone soll das Schild
beim ersten Herankommen eines Kraftfahrzeugs wahrgenommen
und erkannt werden. Zweck und Bedeutung eines
Verkehrsschildes wird normalerweise durch die Farbe des Hintergrundes und
seine Helligkeit ausgedrückt, insbesondere in der
Sichtbarkeitszone. Natürlich hängt die Größe der Sichtbarkeitszone
auch zum Teil von der Größe und Form der als Anzeige
dargestellten Zeichen ab. Die Größe der Sichtbarkeitszone hängt
ferner zum Teil von der Rückstrahlungshelligkeit des
Schildes
ab, wobei hellere Schilder längere Sichtbarkeitszonen
besitzen. Der Wagen 10 in Fig. 1 stellt ein Fahrzeug in der
Sichtbarkeitszone dar wie sie hier beschrieben ist, und
diese Zone ist durch die Klammer 12 gekennzeichnet.
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Nun wird Bezug genommen auf Fig. 2, in der anhand eines
Diagramms die Art der Rückstrahlung dargestellt werden soll. Es
ist dort die rückstrahlende Fläche 14 gezeigt, eine
rückstrahlende Fläche, die definiert ist als Fläche, die einen
wesentlichen Teil des darauf einfallenden Lichts im
wesentlichen zu der Lichtquelle zurückreflektiert. Ein Lichtstrahl
oder Lichtstrahlenbündel 16 kommt von einer entfernten
Lichtquelle, beispielsweise von einem Fahrzeugscheinwerfer
(nicht dargestellt) und trifft auf die rückstrahlende Fläche
14 mit einem Eintrittswinkel β (der Winkel zwischen dem
einfallenden Strahl 16 und der Senkrechten 18 in bezug auf die
Fläche 14). Würde man einen normalen Spiegel verwenden, der
eine spiegelnde Reflexion erzeugt, würden die austretenden
oder reflektierten Strahlen den Reflektor mit demselben
Winkel verlassen, aber auf der entgegengesetzten Seite der
Senkrechten. Würde man eine diffus strahlende Fläche
verwenden, würden die austretenden oder reflektierten Strahlen
wahllos in alle Richtungen weggehen, und nur ein kleiner
Teil würde zu der Lichtquelle zurückkehren. Im Falle der
Rückstrahlung jedoch gibt es eine gerichtete Reflexion durch
die rückstrahlenden Linsenelemente, z.B. die Elemente mit
Mikrokügelchen oder prismatischen Würfelecken, die in der
rückstrahlenden Fläche eingebettet sind, so daß ein heller
Lichtkegel zu der Lichtquelle zurückgeschickt wird, wobei
die Achse des Lichtkegels im wesentlichen dieselbe ist wie
die Achse des einfallenden Strahls oder Strahlenbündels 16.
Mit dem Ausdruck "heller Lichtkegel" ist gemeint, daß die
Lichtstärke innerhalb des Kegels größer ist als es bei einer
diffusen Reflexion der Fall wäre. Dies trifft vermutlich nur
zu, wenn der Lichteintrittswinkel β einen bestimmten Wert
nicht übersteigt, je nachdem welche Art von rückstrahlender
Fläche gerade verwendet wird.
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Daß die Rückstrahlung in Form eines Kegels erfolgt, ist
entscheidend aufgrund der Tatsache, daß das Auge des
Beobachters selten auf der Achse des einfallenden Lichtes liegt.
Wenn sich also ein Fahrzeug einem Autobahnschild nähert,
besteht ein Winkel zwischen jedem Strahl des einfallenden
Lichtes (das von den Scheinwerfern auf das Schild gerichtet
ist) und den reflektierten Strahlen, die die Augen des
Fahrers erreichen. Wenn also die rückstrahlende Fläche perfekt
im Sinne einer gerichteten Reflexion ist, wo das einfallende
Licht nur zu seiner Quelle zurückgeschickt wird, wäre diese
Fläche wenig oder gar nicht als Schild zu gebrauchen. Die
rückgestrahlten Lichtstrahlen sollten sich aufweiten oder
einen Kegel bilden, damit Personen in der Nähe, aber etwas
versetzt von der Achse des einfallenden Lichtes von den
charakteristischen Merkmalen des Reflektor oder Schildes
profitieren können, aber diese Aufweitung sollte nicht übermäßig
sein, da sonst die Rückstrahlungshelligkeit durch eine
Streuung des Lichtes außerhalb des nützlichen Bereichs
beeinträchtigt wird. Die Aufweitung ist auf die Ablenkung von
Lichtstrahlen zurückzuführen, die von der rückstrahlenden
Fläche entlang der Achse des einfallenden Lichtes ausgehen.
Die Ablenkung eines bestimmten Strahls 20, der für den
Insassen eines Fahrzeugs sichtbar ist, dessen Scheinwerfer das
Lichtstrahlenbündel 16 ausgesandt hat, ist in Fig. 2
dargestellt. Der spitze Winkel zwischen dem einfallenden Strahl
16 und dem austretenden Strahl 20 wird daher als
Beobachtungswinkel α bezeichnet.
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Natürlich ist der Beobachtungswinkel bei großen Entfernungen
sehr klein und liegt für einen typischen PkW normalerweise
in der Größenordnung von 0,1º bei einer Entfernung von etwa
366 m (1200 ft). Wenn das Fahrzeug näher an das Schild
heranfährt, wird der Beobachtungswinkel größer. Dies ist
durch das Dreieckdiagramm in Fig. 3 dargestellt. Der Abstand
zwischen den Fahreraugen 22 und dem Scheinwerfer 24 ist im
wesentlichen konstant, während der Abstand zwischen einem
von diesen beiden Elementen und dem Schild 26 kleiner wird,
je näher das Fahrzeug dem Schild kommt, wodurch der
Beobachtungswinkel α größer wird. Wenn also ein Fahrzeug bis auf
eine Entfernung von etwa 122 m (400 ft) an das Schild
heranfährt, nimmt der Beobachtungswinkel typischerweise um etwa
0,3º zu. Der Beobachtungswinkel für den linken Scheinwerfer
ist normalerweise nicht genau gleich dem Beobachtungswinkel
des rechten Scheinwerfers, aufgrund von Schwankungen in den
in Fig. 3 dargestellten Parametern. Der linke Scheinwerfer
liefert vorwiegend Licht, das so reflektiert wird, daß es
für den Fahrer eines typischen linksgesteuerten Fahrzeugs
sichtbar ist aufgrund seiner relativen Nähe zum Fahrer. Es
sei also darauf hingewiesen, daß die hier erörterten
Beobachtungswinkel auf dem linken Scheinwerfer beruhen. Die hier
erörterten allgemeinen Grundsätze gelten jedoch auch für den
rechten Scheinwerfer. In einem typischen rechtsgesteuerten
Fahrzeug ist der jeweilige Anteil der rechten und linken
Scheinwerfer umgekehrt gemäß der relativen Nähe jedes
Scheinwerfers zum Fahrer.
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Fig. 4 zeigt ein Beispiel für eine Autobahnmarkierung 28,
bei der die vorliegende Erfindung angewendet werden kann.
Das Schild 28 besitzt zwei Bereiche, einen Hintergrund 30
und Zeichen 32.
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Fig. 5 ist eine graphische Darstellung der
Rückstrahlungshelligkeit des Zeichenbereichs und des Hintergrundbereichs
als Funktion des Beobachtungswinkels bei einer bevorzugten
Ausführungsform eines gemäß der Erfindung hergestellten
Schildes, d.h. sie beschreibt die Merkmale des
Beobachtungswinkels des darauf verwendeten rückstrahlenden
Blattmaterials. Die vertikale Achse stellt die Rückstrahlungsfähigkeit
in Candela/Lux/Quadratmeter dar, und die horizontale Achse
stellt den Beobachtungswinkel in Grad dar. Diese
Beobachtungswinkelprofile erläutern den Zusammenhang zwischen der
Rückstrahlungshelligkeit der Zeichen und der
Rückstrahlungshelligkeit des Hintergrundes.
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Gemäß der Erfindung wird jeder Bereich eines Schildes mit
rückstrahlendem Blattmaterial oder einem anderen geeigneten
rückstrahlenden Material bedeckt. Der Hintergrundbereich ist
mit einem farbigen rückstrahlenden Blattmaterial versehen,
welches eine hohe, vorzugsweise sehr hohe,
Rückstrahlungshelligkeit bei kleinen Beobachtungswinkeln besitzt, d.h. bei
den Beobachtungswinkeln, die einer Betrachtung des Schildes
aus großer Entfernung entsprechen, bei dem die
Rückstrahlungsleistung jedoch im allgemeinen wesentlich zurückgeht,
wenn der Beobachtungswinkel über einen Schwellwert ansteigt,
der der gewünschten Lesbarkeitszone entspricht. Der genaue
Beobachtungswinkel und die dementsprechende Entfernung von
dem Schild, wo ein solcher Rückgang der Rückstrahlung
erwünscht ist, hängt von der Größe der Lesbarkeitszone ab, wie
bereits besprochen wurde. Fig. 5 zeigt die
Rückstrahlungsfähigkeit eines solchen Blattmaterials in Kurve I.
Vorzugsweise nimmt die Rückstrahlungshelligkeit des Hintergrundes
in der Lesbarkeitszone stark ab. Beobachtungswinkel, die
einer typischen Lesbarkeitszone für ein Verkehrsschild
entsprechen, sind durch die Klammer 34 gekennzeichnet. Die
Klammer 36 kennzeichnet Beobachtungswinkel, die einer
typischen Sichtbarkeitszone entsprechen. Beispiele für
rückstrahlende Blattmaterialien, die für den Hintergrund in
einer speziellen Ausführungsform der Erfindung verwendet
werden können, sind erhältliche prismatische rückstrahlende
Blattmaterialien mit einem schmalen
Beobachtungswinkelbereich.
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Der(Die) Zeichenbereich(e) eines Schildes, das nach der hier
beschriebenen Lehre hergestellt wurde, wird(werden) durch
ein rückstrahlendes Blattmaterial gebildet, bei dem die
Rückstrahlungsleistung im wesentlichen erhalten bleibt oder
über die in der Lesbarkeitszone erreichten
Beobachtungswinkel relativ langsamer abnimmt im Vergleich zu der Abnahme
der Rückstrahlungsfähigkeit bei einer solchen Zone des im
Hintergrund verwendeten Blattmaterials. Es kann auch ein
Blattmaterial vorgesehen sein, dessen Rückstrahlungsleistung
bei größeren Beobachtungswinkeln zunimmt. Die
Rückstrahlungsleistung eines in dem(den) Zeichenbereich(en)
verwendeten typischen Blattmaterials ist durch die Kurve II in Fig.
5 dargestellt. Beispiele für rückstrahlende Blattmaterialien
auf der Basis von Mikrolinsen, die bei den Zeichen in einer
speziellen Ausführungsform der Erfindung nützlich sein
können, umfassen mehrere rückstrahlende Blattmaterialien hoher
Intensität und technischer Qualität der Marke SCOTCHLITE
von der Minnesota Mining and Manufacturing Company ("3M").
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Ein gemäß der Erfindung hergestelltes bevorzugtes Schild hat
die folgenden Eigenschaften. Bei großen Entfernungen, d.h.
normalerweise 400 m (1/4 Meile) oder mehr wird das von den
Scheinwerfern eines herankommenden Kraftfahrzeugs
ausgehende, auf das Schild auftreffende Licht so zurückgestrahlt,
daß es für einen Insassen des Fahrzeugs in einem schmalen
Beobachtungswinkel sichtbar ist, d.h. in einem Winkel von
0,1º oder weniger, der in Fig. 5 mit 36 bezeichnet ist. Bei
solchen Entfernungen, und bei den dort erreichten
Beobachtungswinkeln, besitzt das in dem farbigen Hintergrund des
Schildes verwendete Blattmaterial eine helle Rückstrahlung,
so daß das Schild leicht wahrzunehmen und zu erkennen ist,
d.h. das Schild ist gut sichtbar. Beim Näherkommen, d.h.
normalerweise bei Annäherung auf Entfernungen von 200 m (1/8
Meile) oder weniger steigt der Beobachtungswinkel auf 0,2º
oder mehr an, was mit 34 in Fig. 5 gekennzeichnet ist. Bei
solchen Beobachtungswinkeln haben die Zeichen eine
Rückstrahlungsleistung, die wesentlich höher sein sollte als die
des Hintergrundes, und die vorzugsweise ein Vielfaches der
Rückstrahlung des Hintergrundes beträgt, d.h. die
vorzugsweise
eine Rückstrahlungshelligkeit im Verhältnis von
mindestens 6:1, am besten mindestens 10:1 bietet, wodurch die
Lesbarkeit der auf dem Schild angegebenen Informationen
verbessert wird. Das Kontrastverhältnis sollte im allgemeinen
weniger als 40:1 betragen, sollte aber so sein, daß die
Hintergrundfarbe sich noch abhebt, wodurch das Erkennen des
Schildes und seines Verwendungszweckes durch einen
Betrachter erleichtert wird.
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Fig. 6 ist eine graphische Darstellung der
Beobachtungswinkelprofile einer beispielhaften Ausführungsform der
Erfindung und eines gemäß dem Stand der Technik hergestellten
Schildes. Die vertikale Achse stellt die
Rückstrahlungsfähigkeit in Candela/Lux/Quadratmeter dar, und die horizontale
Achse gibt die Beobachtungswinkel in Grad an. In dieser
Figur stellt Kurve III das Beobachtungswinkelprofil für die
Zeichen dar, Kurve IV stellt das Beobachtungswinkelprofil
des erfindungsgemäßen Hintergrundes dar, und Kurve V stellt
das Beobachtungswinkelprofil des Hintergrundes eines gemäß
dem Stand der Technik hergestellten Schildes dar. Die
Klammer 38 stellt die der Lesbarkeitszone entsprechenden
Beobachtungswinkel dar, und die Klammer 40 stellt die der
Sichtbarkeitszone entsprechenden Beobachtungswinkel dar. Wie aus
der Figur zu erkennen ist, nimmt die
Rückstrahlungshelligkeit der Zeichen und des Hintergrundes in einem gemäß dem
Stand der Technik hergestellten Schild ab, so daß man ein im
wesentlichen konstantes Kontrastverhältnis von etwa 5,2 bis
5,7 erhält, während der Beobachtungswinkel zunimmt je mehr
sich das Fahrzeug von der Sichtbarkeitszone 40 der
Lesbarkeitszone 38 nähert. Im Gegensatz dazu nimmt die
Rückstrahlungshelligkeit des Hintergrundes eines Schildes, das gemäß
der hier dargestellten Ausführungsform der Erfindung
hergestellt wurde, deutlicher ab, so daß sich das
Kontrastverhältnis von etwa 4,2 bei 0,1º in der Sichtbarkeitszone 40
auf etwa 12,4 bei 0,5º in der Lesbarkeitszone 38 erhöht,
wodurch die Lesbarkeit der Zeichen auf diesem Schild erhöht
wird.
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Die Erfindung wird ferner erläutert anhand der folgenden
veranschaulichenden Beispiele, in denen die Schilder "1",
"2" und "3", die gemäß der hier enthaltenen Offenbarung
hergestellt wurden, im Vergleich zu dem Vergleichsschild "A"
ausgewertet wurden, das nach bekannten Verfahren hergestellt
wurde. Jedes Schild war rechteckig, 46 cm (18 in) hoch und
183 cm (72 in) breit, mit weißer Schrift auf grünem
Hintergrund. Die Schrift auf jedem Schild ergab den Begriff
"DUNLAP" mit einem 20 cm (8 in) hohen "D" mit einer
Strichbreite von 4,0 cm (1 9/16 in), und alle anderen Buchstaben,
alles Großbuchstaben, hatten eine Höhe von 15 cm (6 in) und
eine Strichbreite von 2,9 cm (1 1/8 in). Jedes Schild hatte
auch einen 1,9 cm (3/4 in) breiten Rand auf allen vier
Seiten.
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Wenn nicht anders angegeben, wurde in einem Bereich mit
einem Durchmesser von 2,5 cm (1 in) die
Rückstrahlungshelligkeit jedes mit Mikrowürfelecken versehenen Blattmaterials
mit einem Retroluminometer gemessen, das ähnlich ist wie das
in der Vorbeugungsveröffentlichung T 987,003 beschriebene,
bei einem Eintrittswinkel von -4º, bei einem konstanten
Darstellungswinkel von 0º, über einen Bereich von Drehwinkeln
von 0º bis 360º, und bei den angegebenen
Beobachtungswinkeln. Die Helligkeit der Blattmaterialien hoher Intensität
wurde nach dem ASTM Testverfahren E-810 bei einem
Eintrittswinkel von -4º gemessen. Die Helligkeiten jedes
Blattmaterials bei Beobachtungswinkeln von 0,1º und 0,5º sind unten in
Tabelle 3 zusammengestellt.
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Die Schilder wurden paarweise wie folgt verglichen. Zwei
Schilder wurden übereinander montiert als Schilder am
rechten Rand einer geraden Teststraße. Die Mitte jedes Schildes
befand sich 3,0 m (10 ft) rechts vom Rand der Straße. Die
Mitte des unteren Schildes befand sich etwa 2,4 m (8 ft)
über dem Boden, und die Mitte des Vergleichsschildes A
befand sich in jedem Beispiel etwa 3,2 m (10,5 ft) über dem
Boden.
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In jedem Beispiel wurden die Schilder nachts bei Dunkelheit
aus zwei PkWs (1986er Lincoln Town Cars) betrachtet, die
sich auf der Fahrspur neben dem Rand mit Abblendlicht
näherten. Elf Personen, die auf verschiedenen Plätzen in den
Wagen saßen, wurden gebeten, jedes Schild nach seiner
vergleichsweisen Helligkeit und Lesbarkeit einzustufen.
Vergleichsschild A
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Das Schild A wurde mit dem rückstrahlenden Blattmaterial
hoher Intensität der Marke SCOTCHLITE 3870 hergestellt, einem
silbrig-weißen rückstrahlenden Blattmaterial mit
eingekapselten Linsen von der Minnesota Mining and Manufacturing
Company ("3M") für die Schrift und den Rand, und mit dem
rückstrahlenden Blattmaterial hoher Intensität der Marke
SCOTCHLITE 3877, einem grünen rückstrahlenden Blattmaterial
mit eingekapselten Linsen, ebenso von der Firma 3M, für den
Hintergrund. Das Blattmaterial 3870 besaß eine
Rückstrahlungshelligkeit von etwa 362 Candela/Lux/Quadratmeter bei
einem Beobachtungswinkel von 0,1º, 322 bei 0,2º, 137 bei
0,5º und 19,4 bei 1,0º. Das Blattmaterial 3877 hatte
Helligkeitswerte von 69, 61, 24 und 4. Diese Materialien sind
typisch für die derzeit für die Herstellung von
Autobahnschildern in den USA verwendeten Materialien.
Beispiel 1
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In Beispiel 1 wurde das Schild "1" mit dem Vergleichsschild
"A" verglichen.
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Bei dem Schild "1" wurde ebenfalls das rückstrahlende
Blattmaterial hoher Intensität der Marke SCOTCHLITE 3870 für
Schrift und Rand verwendet.
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Der Hintergrund bestand aus einem Material mit
Mikrowürfelecken, das aus einer grünen Polymethylmethacrylatfolie
bestand, die auf eine aus Würfelecken aufgebaute, geprägte
Polycarbonatfolie (wie sie im US-Patent Nr. 4 588 258 von
Hoopman offenbart ist) aufgeklebt war, und auf die Spitzen
der Würfelecken war eine weiße Heißsiegelfolie aus Polyester
aufgeklebt. Die grüne Folie war 0,0762 mm (3 mil) dick und
hatte eine Farbe, die als x = 0,142, y = 0,468 und Y = 19,2
gemessen wurde, wenn sie auf einem Spektralphotometer der
Marke HunterLab Labscan II auf einer weißen Platte mit dem
Leuchtstoff D65 beschichtet wurde. Die Würfeleckenfolie
hatte eine Dicke von 0,508 mm (20 mil), und die Siegelfolie
aus Polyester hatte eine Dicke von 0,0191 mm (0,75 mil). Die
Würfelecken hatten Furchenwinkel von 88,943º, 60,667º und
60,681º, symmetrische Furchenseitenwinkel und
Furchenabstände von 0,4064 mm (16 mil) zwischen den 60,667º und
60,681º Furchen, und 0,3543 mm (13,948 mil) zwischen den
88,943º Furchen. Der Furchenseitenwinkel ist der Winkel
zwischen der Seite der Furche und einer Ebene parallel zur
Länge der Furche und senkrecht zu der durch die Unterkanten
der drei einander schneidenden Sätze von V-förmigen Furchen.
Die Bodenebene der Würfeleckenelemente der Blattmateralien
dieses Beispiels (d.h. das durch die drei einander
schneidenden Sätze von Furchen gebildete Dreieck) umschloß Winkel
von 70º, 55º und 55º, was bestimmt wird durch den
Neigungsgrad der Würfeleckenelemente gemäß der Lehre des US-Patentes
Nr. 4 588 258. Die Blattmaterialien wurden hergestellt durch
Auskehlen einer Vorlage, Herstellen einer Galvanoform aus
Nickel, und Formen des Blattmaterials aus Polycarbonat.
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Der Hintergrund hatte eine Rückstrahlungshelligkeit von 350
Candela/Lux/Quadratmeter bei einem Beobachtungswinkel von
0,2º, 35 bei 0,5º, und 4,8 bei 1,0º, gemessen mit einem
verbesserten Retrophotometer vom Typ 930 bei einem
Einfallswinkel von 5º. Eine lichtdurchlässige Polyesterfolie wurde über
die grüne Folie gelegt, um die Helligkeit des Blattmaterials
zu reduzieren. Durch die darüberliegende Polyesterfolie
erhielt man eine Helligkeit des Blattmaterials von 86
Candela/Lux/Quadratmeter bei 0,1º, 68 bei 0,2º, 11 bei 0,5º,
und 2,3 bei 1,0º, gemessen nach der oben erwähnten
Vorbeugungsveröffentlichung.
Beispiel 2
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In Beispiel 2 wurde das Schild "2" mit dem Vergleichsschild
"A" verglichen.
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Das Schild "2" war in ähnlicher Weise hergestellt wie das
Schild "1", außer daß ein Polyesterüberzug mit einer anderen
Lichtdurchlässigkeit auf dem Blattmaterial des Hintergrunds
verwendet wurde. Das Blattmaterial hatte eine Helligkeit von
149 Candela/Lux/Quadratmeter bei 0,1º, 115 bei 0,2º, 18 bei
0,5º und 3,3 bei 1,0º.
Beispiel 3
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In Beispiel 3 wurde das Schild "3" mit dem Vergleichsschild
"A" verglichen.
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Das Schild "3" war hergestellt mit zwei verschiedenen
Blattmaterialien aus Mikrowürfelecken der allgemeinen, im
US-Patent Nr. 4 588 258 (Hoopman) beschriebenen Art. Die
Anordnung der rückstrahlenden Würfeleckenelemente in dem
Blattmaterial ist gekennzeichnet durch drei einander schneidende
Sätze von parallelen V-förmigen Furchen, die eine dichte
oder vollgepackte Anordnung von Elementen bilden. Die
Furchenseitenwinkel in den Blattmaterialien waren so, daß die
an den Schnittlinien der Furchen gebildeten Flächenwinkel
etwas abwichen von der senkrechen (d.h. 90º) Schnittlinie
eines gemeinsamen rückstrahlenden Würfeleckenelements. Diese
Abweichung erfolgte in einem sich wiederholenden Muster, so
daß die ganze Anordnung der Würfeleckenelemente in
Untereinheiten aufgeteilt war. Durch eine solche Veränderung des
Furchenwinkels wurde festgestellt, daß das Divergenzprofil
des Blattmaterials eine größere Rotationssymmetrie aufweisen
kann als Blattmaterial, in dem die Würfeleckenelemente alle
senkrecht sind.
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Bei rückstrahlenden Würfeleckenelementen wie sie im
US-Patent Nr. 4 588 258 beschrieben sind, sollten die
Furchenwinkel 88,887º, 60,640º und 60,640º betragen, damit senkrechte
Würfeleckenelemente gebildet werden, und die
Furchenseitenwinkel sollten die Hälfte dieser Werte betragen. Wenn die
Buchstaben "a" bis "f" verwendet werden, um verschiedene
Furchenseitenwinkel darzustellen, kann das sich
wiederholende Muster für die verschiedenen Sätze von Furchen wie
folgt dargestellt werden: Für einen der Sätzes von 60,640º
Furchen war das Muster a-b-b-a-a-b-b-a, etc.; für den
anderen Satz von 60,640º Furchen war das Muster a-b-a-b-b-a-b-a;
und für den Satz von 88,887º Furchen war das Muster c-d-e-f-
d-c-f-e. Für das im vorliegenden Beispiel verwendete
Blattmaterial des Hintergrunds unterschieden sich die
Furchenseitenwinkel von der Hälfte der angegebenen Werte gemäß der
folgenden Tabelle, wo der Betrag der Abweichung in
Bogenminuten angegeben ist:
Tabelle 2
Furchenseitenwinkel
Abweichung
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Der Abstand zwischen den Furchen betrug 0,3543 mm (13,948
mil) bei den 88,887º Furchen und 0,4064 mm (16 mil) bei den
60,640º Furchen. Die Bodenebene der Würfeleckenelemente der
Blattmateralien dieses Beispiels (d.h. das durch die drei
einander schneidenden Sätze von Furchen gebildete Dreieck)
umschloß Winkel von 70º, 55º und 55º, was bestimmt wird
durch den Neigungsgrad der Würfeleckenelemente gemäß der
Lehre des US-Patentes Nr. 4 588 258.
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Bei dem in diesem Beispiel für die Schrift verwendeten
Blattmaterial war die Anordnung der rückstrahlenden
Würfeleckenelemente dieselbe wie bei dem Blattmaterial des
Hintergrundes, außer daß der Abstand zwischen den Furchen bei
den 88,887º Furchen 0,1771 mm (6,974 mil) betrug, und bei
den 60,640º Furchen 0,2032 mm (8 mil), und die
Furchenseitenwinkel von den angegebenen 88,887º etc. um den in Tabelle
2 angegebenen, mit 2 multiplizierten Betrag abwichen.
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Die Blattmaterialien waren hergestellt durch Auskehlen einer
Vorlage, Herstellen einer Galvanoform aus Nickel und Formen
des Blattmaterials aus Polycarbonat.
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Das Blattmaterial des Hintergrunds war überzogen mit zwei
Schichten der grünen Polymethylmethacrylatfolie, die in
bezug auf Schild "1" beschrieben war, über einer 0,508 mm (20
mil) dicken Würfeleckenfolie aus Polycarbonat, wo eine
0,0381 mm (1,5 mil) dicke, weiße Heißsiegelfolie aus
Polyester auf die Spitzen der Würfelecken aufgebracht war. Der
Hintergrund hatte eine Helligkeit von 86
Candela/Lux/Quadratmeter bei 0,1º, 81,0 bei 0,2º, 24 bei 0,5º und 2,2
bei 1,0º.
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Das Blattmaterial der Schrift war hergestellt unter
Verwendung einer 0,3302 mm (13 mil) dicken geprägten
Würfeleckenfolie aus Polycarbonat, wo eine 0,0381 mm (1,5 mil)
dicke, weiße Heißsiegelfolie aus Polyester auf die Spitzen
der Würfelecken aufgebracht war. Die Schrift hatte eine
Helligkeit von 517 Candela/Lux/Quadratmeter bei 0,1º, 303
bei 0,2º, 267 bei 0,5º und 68 bei 1,0º.
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In Tabelle 3 sind jeweils die relativen Kontrastverhältnisse
für das Vergleichsschild "A", und für die Schilder "1", "2"
und "3" bei einem Beobachtungswinkel von 0,1º dargestellt,
was bei Schildern dieser Ausführungsform einem
Beobachtungsabstand innerhalb der Sichtbarkeitszone entspricht, und bei
einem Beobachtungswinkel von 0,5º, was bei schildern dieser
Ausführungsform einem Beobachtungsabstand innerhalb der
Lesbarkeitszone entspricht.
Tabelle 3
Beobachtungswinkel
Schild
A Schrift² Hintergrund² Verhältnis
² Helligkeit in Candela/Lux/Quadratmeter.
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Die Ergebnisse von Beispiel 1 waren wie folgt. Alle 11
Personen gaben an, daß Schild 1 der Erfindung besser zu lesen
ist als Vergleichsschild A, wobei für ersteres ein
durchschnittlicher maximaler Lesbarkeitsabstand von 153 m (501
ft) ermittelt wurde im Vergleich zu einem durchschnittlichen
maximalen Lesbarkeitsabstand von 136 m (447 ft) für
letzteres. Außerdem gaben alle 11 Personen an, daß Schild 1
heller ist als Vergleichsschild A bei Betrachtung aus einem
Abstand von 366 m (1200 ft), was einem Beobachtungswinkel von
0,1º oder weniger entspricht.
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Die Ergebnisse von Beispiel 2 waren wie folgt. Neun von elf
Betrachtern gaben an, daß Schild 2 besser zu lesen ist als
Vergleichsschild A, bei einem ermittelten durchschnittlichen
maximalen Lesbarkeitsabstand von 152 m (500 ft) gegenüber
138 m (452 ft). Alle 11 Personen gaben an, daß Schild 2
heller ist als Vergleichsschild A aus einem Abstand von 366 m
(1200 ft).
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Die Ergebnisse von Beispiel 3 waren wie folgt. Zehn von den
elf Betrachtern gaben an, daß Schild 3 besser zu lesen ist
als Vergleichsschild A, bei einem ermittelten
durchschnittlichen maximalen Lesbarkeitsabstand von 152 m (500 ft) und
139 m (456 ft). Alle 11 Personen gaben an, daß Schild 3
heller ist als Vergleichsschild A aus einem Abstand von 366 m
(1200 ft).
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Nach diesen Ergebnissen besaßen die Schilder 1, 2 und 3, die
beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
sind, jeweils eine höhere Auffälligkeit und eine höhere
Lesbarkeit als Vergleichsschild A.