DE69427919T2

DE69427919T2 - Doppelrilliger retroreflektiver würfeleckiger körper und herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69427919T2
Application number: DE69427919T
Authority: DE
Inventors: M. Benson; L. Smith
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1993-10-20
Filing date: 1994-10-20
Publication date: 2002-01-17
Anticipated expiration: 2014-10-21
Also published as: DE69427919D1; WO1995011467A2; JPH09504623A; US5585164A; EP0724732B1; WO1995011467A3; CN1040692C; CN1133090A; JP3590063B2; EP0724732A1; CA2171636A1

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft retroreflektive Würfeleckenelementgegenstände mit prismatischen retroreflektiven Elementen.

Hintergrund der Erfindung

Bekannt sind zahlreiche Typen retroreflektiver Elemente, u. a. prismatische Ausführungen mit einer oder mehreren geometrischen Strukturen, die gemeinhin als Würfelecken bekannt sind. Gut bekannt ist retroreflektives Bahnenmaterial, das reflektierende Elemente vom Würfeleckentyp verwendet. Reflektierende Würfeleckenelemente sind dreiflächige Strukturen, die drei zueinander etwa senkrechte Seitenflächen haben, die in einer einzelnen Ecke zusammentreffen. Normalerweise werden Lichtstrahlen infolge von innerer Totalreflexion oder von reflektierenden Beschichtungen an den Würfelflächen reflektiert. Die Herstellung direkt bearbeiteter Anordnungen mit retroreflektiven Würfeleckenelementen ist vielfach ineffizient und beschränkt. Unter diesen Einschränkungen leiden Divergenzprofil, Flexibilität der Ausführung und optische Leistung, und die Herstellungskosten als Funktion der Leistung sind insgesamt oft höher gegenüber der neuen Klasse nachstehend gelehrter Gegenstände und Herstellungsverfahren.
Die DE-U-92 17 179.6 offenbart eine Struktur, die mit einem Mikrodoppeltripel und zwei Einzeltripeln innerhalb eines rhombischen Körpers gebildet ist. Die Struktur ist mit sich schneidenden Nuten gebildet, die auf identische Tiefen ausgearbeitet sind, wonach die Spitzen der Würfelecken unterschiedliche Höhen haben.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Gegenstand ist durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche festgelegt.
Die Erfindung stellt Würfeleckengegenstände bereit, die aus einer Anordnung von Würfeleckenelementen bestehen, in der mehrere unterschiedliche geometrische Strukturen durch zwei sich schneidende Sätze direkt ausgearbeiteter paralleler Nuten gebildet sind. Zudem stellt die Erfindung Verfahren zur Herstellung solcher Würfeleckengegenstände bereit. Kurz zusammengefaßt weist das Verfahren normalerweise die folgenden Schritte auf: Ausarbeiten zweier sich schneidender Sätze paralleler Nuten gemäß der Beschreibung hierin in einem Träger sowie Bilden einer oder mehrerer Abdruckgenerationen des Trägers.
Retroreflektive Gegenstände der Erfindung überwinden viele Struktur- und optische Beschränkungen herkömmlicher retroreflektiver Würfeleckenelementausführungen. Die durch die Erfindung bereitgestellte neue Klasse von Würfeleckenanordnungen ermöglicht die mannigfaltige Würfeleckenformgebung sowie die Herstellung von Würfeleckenanordnungen mit sehr genau abgestimmter optischer Leistung durch Steuern der Form mehrerer Strukturen in jeder Anordnung mit Hilfe von variierenden Nutentiefen und -abständen, variablen Längen von Würfeleckenelementen und variablen Höhen von Strukturen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 ist eine Draufsicht auf eine bekannte direkt bearbeitete Zweinutensatzanordnung.
Fig. 2 ist eine Schnittansicht der Anordnung an einer Linie 2-2 in Fig. 1.
Fig. 3 ist eine Endansicht der Anordnung an einer Linie 3-3 in Fig. 1.
Fig. 4 ist eine Draufsicht auf eine bekannte direkt bearbeitete Zweinutensatzanordnung.
Fig. 5 ist eine Schnittansicht der Anordnung an einer Linie 5-5 in Fig. 4.
Fig. 6 ist eine Endansicht der Anordnung an einer Linie 6-6 in Fig. 4.
Fig. 7 ist eine Schnittansicht einer Fig. 4 ähnelnden Anordnung mit einem gekippten Würfeleckenelement.
Fig. 8 ist eine Draufsicht auf einen Abschnitt einer veranschaulichenden direkt bearbeiteten Doppelnutensatzanordnung der Erfindung mit variablem Abstand zwischen Nuten.
Fig. 9 ist eine Schnittansicht an einer Linie 9-9 in Fig. 8.
Fig. 10 ist eine Schnittansicht an einer Linie 10-10 in Fig. 8.
Fig. 11 ist eine Ansicht bei einem 60º-Eintrittswinkel einiger der aktiven Aperturen der Anordnung von Fig. 8 bis 10.
Fig. 12 ist eine Draufsicht auf einen Abschnitt einer veranschaulichenden direkt bearbeiteten Doppelnutensatzanordnung mit variablem Abstand zwischen Nuten und variabler Länge.
Fig. 13 ist eine Seitenansicht der Anordnung in Fig. 12.
Fig. 14 ist eine Draufsicht auf einen Abschnitt einer veranschaulichenden direkt bearbeiteten Doppelnutensatzanordnung der Erfindung mit variablem Abstand zwischen Nuten und einigen gekippten Elementen.
Fig. 15 ist eine Seitenansicht der Anordnung von Fig. 14 mit einzelnen Würfelsymmetrieachsen.
Fig. 16 ist eine Seitenansicht der Anordnung von Fig. 14 mit einzelnen Würfelsymmetrieachsen und -halbierenden.
Fig. 17 ist eine Ansicht bei einem 60º-Eintrittswinkel der aktiven Aperturen der Anordnung von Fig. 14 bis 16.
Fig. 18 ist eine Draufsicht auf einen Abschnitt einer veranschaulichenden direkt bearbeiteten Doppelnutensatzanordnung der Erfindung mit variablen Tiefen von Nuten.
Fig. 19 ist eine Schnittansicht der Anordnung an einer Linie 19-19 in Fig. 18.
Fig. 20 ist eine Schnittansicht der Anordnung an einer Linie 20-20 in Fig. 18.
Fig. 21 ist eine Ansicht bei einem 60º-Eintrittswinkel der aktiven Aperturen der Anordnung von Fig. 18 bis 20.
Fig. 22 ist eine Draufsicht auf einen Abschnitt einer veranschaulichenden direkt bearbeiteten Doppelnutensatzanordnung der Erfindung mit variablen Tiefen von Nuten und variablem Nutenabstand.
Fig. 23 ist eine Schnittansicht der Anordnung an einer Linie 23-23 in Fig. 22.
Fig. 24 ist eine Schnittansicht der Anordnung an einer Linie 24-24 in Fig. 22.
Fig. 25 ist eine Draufsicht auf einen Abschnitt einer veranschaulichenden direkt bearbeiteten Doppelnutensatzanordnung der Erfindung mit variablen Tiefen von Nuten, variablem Nutenabstand und variablen Würfelhöhen.
Fig. 26 ist eine Seitenansicht der Anordnung in Fig. 25.
Fig. 27 ist eine Schnittansicht der Anordnung an einer Linie 27-27 in Fig. 25.
Fig. 28 ist eine Ansicht bei einem 60º-Eintrittswinkel der aktiven Aperturen der Anordnung von Fig. 25 bis 27.
Fig. 29 ist eine Draufsicht auf einen Abschnitt einer veranschaulichenden direkt bearbeiteten Doppelnutensatzanordnung der Erfindung mit variablen Tiefen von Nuten, variablem Nutenabstand und variablen Würfelhöhen.
Fig. 30 ist eine Schnittansicht der Anordnung an einer Linie 30-30 in Fig. 29 mit einem zur Anordnung zugefügten Dichtungsmedium.
Fig. 31 ist eine Seitenansicht der Anordnung in Fig. 29.
Fig. 32 ist eine Ansicht bei einem 60º-Eintrittswinkel der aktiven Aperturen der Anordnung von Fig. 29 bis 31.
Fig. 33 ist eine Draufsicht auf einen Abschnitt einer veranschaulichenden direkt bearbeiteten Doppelnutensatzanordnung der Erfindung mit variablen Tiefen von Nuten und variablem Nutenabstand.
Fig. 34 ist eine Seitenansicht der Anordnung von Fig. 33 mit einzelnen Würfelsymmetrieachsen.
Fig. 35 ist eine Seitenansicht der Anordnung von Fig. 33 mit einzelnen Würfelhalbierenden.
Fig. 36 ist eine Draufsicht auf einen Abschnitt einer veranschaulichenden direkt bearbeiteten Doppelnutensatzanordnung der Erfindung mit variablem Nutenabstand und variablen Würfelhöhen.
Fig. 37 ist eine Seitenansicht der Anordnung von Fig. 36 mit einzelnen Würfelsymmetrieachsen.
Fig. 38 ist eine Seitenansicht der Anordnung von Fig. 36 mit einzelnen Würfelhalbierenden.
Fig. 39 ist eine Draufsicht auf einen Abschnitt einer veranschaulichenden direkt bearbeiteten Doppelnutensatzanordnung der Erfindung mit variablem Nutenabstand.
Fig. 40 ist eine skalierte Seitenansicht der Anordnung von Fig. 39.
Fig. 41 ist eine Draufsicht auf eine veranschaulichende Verbundanordnung der Erfindung, die mit mehreren Zonen direkt ausgearbeiteter Doppelnutensatzanordnungen gebildet ist, wobei eine Zone variable Nutenabstände und -tiefen hat.
Fig. 42 ist eine Ansicht bei einem 60º-Eintrittswinkel der aktiven Aperturen der Anordnung von Fig. 41.
Fig. 43 ist eine Draufsicht auf einen Abschnitt einer veranschaulichenden direkt bearbeiteten Doppelnutensatzanordnung der Erfindung mit variablen Tiefen von Nuten und Trennflächen.
Fig. 44 ist eine Schnittansicht der Anordnung an einer Linie 44-44 in Fig. 43.
Fig. 45 ist eine Schnittansicht der Anordnung an einer Linie 45-45 in Fig. 43.
Diese Darstellungen, die idealisiert und nicht maßstabgerecht sind, sollen lediglich zur Veranschaulichung und nicht zur Einschränkung dienen.

Nähere Beschreibung der veranschaulichenden Ausführungsformen der Erfindung

Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Bearbeiten eines Würfeleckengegenstands bereit. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: direktes Ausarbeiten zweier Nutensätze mit jeweils mindestens zwei Nuten in einem Träger, um mehrere geometrische Strukturen mit Würfeleckenelementen zu erzeugen, und Konfigurieren mindestens zweier der Nuten in mindestens einem der Sätze in einer unterschiedlichen Nutentiefe.
Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Bearbeiten eines Würfeleckengegenstands bereit. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: direktes Ausarbeiten zweier Nutensätze mit jeweils mindestens zwei Nuten in einem Träger, um mehrere geometrische Strukturen mit Würfeleckenelementen zu erzeugen, und Konfigurieren mindestens zweier der Würfeleckenelemente, so daß jedes eine unterschiedliche Höhe über einer gemeinsamen Bezugsebene hat.
Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Bearbeiten eines Würfeleckengegenstands bereit. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: direktes Ausarbeiten zweier Nutensätze mit jeweils mindestens zwei Nuten in einem Träger, um mehrere geometrische Strukturen mit Würfeleckenelementen zu erzeugen, und Konfigurieren mindestens zweier der Würfeleckenelemente, so daß sich die Größen der aktiven Aperturen sowohl in x- als auch y-Richtung bei einem Eintrittswinkel ungleich Null unterscheiden.
Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Bearbeiten eines Würfeleckengegenstands bereit. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: direktes Ausarbeiten zweier Nutensätze mit jeweils mindestens zwei Nuten in einem Träger, um mehrere unterschiedliche geometrische Strukturen mit Würfeleckenelementen zu erzeugen, und Konfigurieren der Nutensätze, so daß die Würfeleckenelemente parallele Halbierende haben.
Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Bearbeiten eines Würfeleckengegenstands bereit. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: direktes Ausarbeiten zweier Nutensätze mit jeweils mindestens zwei Nuten in einem Träger, um mehrere geometrische Strukturen mit Würfeleckenelementen zu erzeugen, die parallele Symmetrieachsen haben, und Variieren des Abstands von Nuten innerhalb mindestens eines der Nutensätze, so daß sich der Abstand zwischen einer ersten Nut und einer benachbarten zweiten Nut vom Abstand zwischen der zweiten Nut und einer benachbarten dritten Nut unterscheidet.
Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Bearbeiten eines Würfeleckengegenstands bereit. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: direktes Ausarbeiten zweier Nutensätze mit jeweils mindestens zwei Nuten in einem Träger, um mehrere geometrische Strukturen mit Würfeleckenelementen zu erzeugen, und Variieren des Abstands von Nuten innerhalb mindestens eines der Nutensätze, so daß mindestens zwei der Würfeleckenelemente unterschiedliche Längen haben.
Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Bearbeiten eines Würfeleckengegenstands bereit. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: direktes Ausarbeiten zweier Nutensätze mit jeweils mindestens zwei Nuten in einem Träger, um mehrere geometrische Strukturen mit Würfeleckenelementen zu erzeugen, und Anordnen mindestens zweier der Elemente auf solche Weise, daß sie entgegengerichtete Orientierungen nicht retroreflektiver Elementdreieckflächen haben.
Die Erfindung stellt einen retroreflektiven Würfeleckengegenstand bereit, der ein Abdruck eines direkt bearbeiteten Trägers ist, in dem mehrere geometrische Strukturen mit Würfeleckenelementen im Träger unter Verwendung von nur zwei Sätzen paralleler Nuten ausgearbeitet sind und mindestens zwei der Nuten in mindestens einem der Nutensätze eine unterschiedliche Nutentiefe haben.
Die Erfindung stellt einen retroreflektiven Würfeleckengegenstand bereit, der ein Abdruck eines direkt bearbeiteten Trägers ist, in dem mehrere geometrische Strukturen mit Würfeleckenelementen im Träger unter Verwendung von nur zwei Sätzen paralleler Nuten ausgearbeitet sind und mindestens zwei der Würfeleckenelemente unterschiedliche Höhen über einer gemeinsamen Bezugsebene haben.
Die Erfindung stellt einen retroreflektiven Würfeleckengegenstand bereit, der ein Abdruck eines direkt bearbeiteten Trägers ist, in dem mehrere geometrische Strukturen mit Würfeleckenelementen im Träger unter Verwendung von nur zwei Sätzen paralleler Nuten ausgearbeitet sind und mindestens zwei der Würfeleckenelemente so ausgearbeitet sind, daß sich die Größen der aktiven Aperturen sowohl in x- als auch y- Richtung bei einem Eintrittswinkel ungleich Null unterscheiden.
Die Erfindung stellt einen retroreflektiven Würfeleckengegenstand bereit, der ein Abdruck eines direkt bearbeiteten Trägers ist, in dem mehrere unterschiedliche geometrische Strukturen mit Würfeleckenelementen mit parallelen Halbierenden im Träger unter Verwendung von nur zwei Sätzen paralleler Nuten ausgearbeitet sind.
Die Erfindung stellt einen retroreflektiven Würfeleckengegenstand bereit, der ein Abdruck eines direkt bearbeiteten Trägers ist, in dem mehrere geometrische Strukturen mit Würfeleckenelementen mit parallelen Symmetrieachsen im Träger unter Verwendung von nur zwei Sätzen paralleler Nuten ausgearbeitet sind. Der Abstand zwischen einer ersten Nut und einer benachbarten zweiten Nut in einem Nutensatz unterscheidet sich vom Abstand zwischen der zweiten Nut und einer benachbarten dritten Nut im Nutensatz.
Die Erfindung stellt einen retroreflektiven Würfeleckengegenstand bereit, der ein Abdruck eines direkt bearbeiteten Trägers ist, in dem mehrere geometrische Strukturen mit Würfeleckenelementen im Träger unter Verwendung von nur zwei Sätzen paralleler Nuten ausgearbeitet sind. Der Abstand in mindestens einem der Nutensätze ist so variiert, daß mindestens zwei der Würfeleckenelemente unterschiedliche Längen haben.
Die Erfindung stellt einen retroreflektiven Würfeleckengegenstand bereit, der ein Abdruck eines direkt bearbeiteten Trägers ist, in dem mehrere geometrische Strukturen mit Würfeleckenelementen im Träger unter Verwendung von nur zwei Sätzen paralleler Nuten ausgearbeitet sind. Mindestens zwei der Elemente haben entgegengerichtete Orientierungen nicht retroreflektiver Elementdreieckflächen.
Die Erfindung stellt ein retroreflektives Würfeleckenelement-Verbundbahnenmaterial mit mehreren Zonen retroreflektiver Würfeleckenelemente bereit. Jede Zone weist einen Abdruck eines direkt bearbeiteten Trägers auf, in dem mehrere Würfeleckenelemente ausgearbeitet sind. Das Verbundbahnenmaterial weist mindestens eine Zone auf, in der mindestens zwei geometrische Strukturen mit Würfeleckenelementen aus zwei Sätzen paralleler Nuten gebildet sind. Die geometrischen Strukturen haben unterschiedliche Höhen über einer gemeinsamen Bezugsebene.
Die Erfindung stellt ein retroreflektives Würfeleckenelement-Verbundbahnenmaterial mit mehreren Zonen geometrischer Strukturen mit retroreflektiven Würfeleckenelementen bereit. Jede Zone weist einen Abdruck eines direkt bearbeiteten Trägers auf, in dem mehrere Würfeleckenelemente ausgearbeitet sind. Das Verbundbahnenmaterial weist mindestens eine Zone auf, in der die Nuten aus zwei Sätzen paralleler Nuten gebildet sind und mindestens zwei der Nuten in mindestens einem der Nutensätze eine unterschiedliche Nutentiefe haben.
Die Erfindung stellt ein retroreflektives Würfeleckenelement-Verbundbahnenmaterial mit mehreren Zonen retroreflektiver Würfeleckenelemente bereit. Jede Zone weist einen Abdruck eines direkt bearbeiteten Trägers auf, in dem mehrere Würfeleckenelemente ausgearbeitet sind. Das Verbundbahnenmaterial weist mindestens eine Zone auf, in der mindestens zwei geometrische Strukturen mit Würfeleckenelementen unter Verwendung zweier Sätze von Nuten so ausgearbeitet sind, daß sich die Größen der aktiven Aperturen bei einem Eintrittswinkel ungleich Null unterscheiden.
Die Erfindung stellt ein retroreflektives Würfeleckenelement-Verbundbahnenmaterial mit mehreren Zonen retroreflektiver Würfeleckenelemente bereit. Jede Zone weist einen Abdruck eines direkt bearbeiteten Trägers auf, in dem mehrere Würfeleckenelemente ausgearbeitet sind. Das Verbundbahnenmaterial weist mindestens eine Zone auf, in der mehrere geometrische Strukturen mit Würfeleckenelementen unter Verwendung zweier Nutensätze gebildet sind.
Die Erfindung stellt ein retroreflektives Würfeleckenelement-Verbundbahnenmaterial mit mehreren Zonen retroreflektiver Würfeleckenelemente bereit. Jede Zone weist einen Abdruck eines direkt bearbeiteten Trägers auf, in dem mehrere Würfeleckenelemente ausgearbeitet sind. Das Verbundbahnenmaterial weist mindestens eine Zone auf, die unter Verwendung zweier Sätze paralleler Nuten gebildet ist, wobei der Abstand von Nuten innerhalb mindestens eines der Nutensätze so variiert, daß mindestens zwei der Würfeleckenelemente unterschiedliche Längen haben.
Erreicht wird die Herstellung retroreflektiver Würfeleckenelementanordnungen mit Hilfe von Formen, die durch unterschiedliche Techniken hergestellt sind, u. a. die als Stiftbündelung und Direktbearbeitung bekannten. Mittels Stiftbündelung hergestellte Formen werden durch Zusammenstellen einzelner Stifte gebildet, die jeweils einen Endabschnitt haben, der mit Merkmalen eines retroreflektiven Würfeleckenelements geformt ist. Zu Beispielen für die Stiftbündelung zählen die US-A-3926402 (Heenan et al.) sowie die GB-A-423464 und 441319 (beide Leray).
Bei der Direktbearbeitungstechnik, allgemein auch als Linieren oder Linienziehen bekannt, werden Abschnitte eines Trägers geschnitten, um ein Muster von Nuten zu erzeugen, die sich so schneiden, daß sie Würfeleckenelemente bilden. Beispiele für Linier-, Formungs- und Frästechniken, die zum Bilden von Nuten geeignet sind, sind in der US-A-3712706 (Stamm) diskutiert. Der mit Nuten versehene Träger wird als Vorlage bezeichnet, von der eine Reihe von Kopien, d. h. Abdrücke, hergestellt werden können. In einigen Fällen ist die Vorlage als retroreflektiver Gegenstand nützlich, wobei öfter aber Abdrücke, u. a. Mehrgenerationsabdrücke, als retroreflektiver Gegenstand verwendet werden. Die Direktbearbeitung ist ein ausgezeichnetes Verfahren zur Herstellung von Vorlagenformen mit kleinen Mikrowürfelanordnungen. Besonders nützlich sind Mikrowürfelanordnungen zum Herstellen dünner Vorlagenanordnungen mit verbesserter Flexibilität, z. B. kontinuierliche Rollenwaren für Bahnenmaterialzwecke. Außerdem eignen sich Mikrowürfelanordnungen für die Herstellung in kontinuierlichen Verfahren. Das Verfahren zur Herstellung großer Anordnungen ist mit Direktbearbeitungsverfahren auch relativ einfacher als mit anderen Techniken. In der US-A-4588258 (Hoopman) und US-A-3712706 (Stamm) sind Beispiele für die Direktbearbeitung dargestellt, die einzelne oder mehrere Durchgänge eines Bearbeitungswerkzeugs mit zwei entgegengerichteten Schneidflächen zum Schneiden von Nuten offenbaren, um optische Würfeleckenflächen in einem Träger zu bilden. Anerkanntermaßen werden direkt ausgearbeitete Nuten vorzugsweise als Nutensätze mit mehreren getrennten und parallelen Nuten ausgearbeitet. Beispiele für die Direktbearbeitung mit nur zwei Sätzen von Nuten sind in der US-A-4349598 (White) sowie in den US-A-4895428 und 4938563 (beide Nelson et al.) gezeigt, die beide später näher diskutiert werden.
Herkömmliche retroreflektive Würfeleckenelementanordnungen sind von einem einzigen Typ angepaßter Paare abgeleitet, d. h. geometrisch kongruente retroreflektierende Würfeleckenelemente, die um 180º gedreht sind. Ferner haben diese Elemente normalerweise die gleiche Höhe über einer gemeinsamen Bezugsebene, sind durch Nuten mit identischen Nutentiefen begrenzt und haben die gleiche Elementlänge. Die höchsten Punkte in herkömmlichen Dreinutenanordnungen sind durch die Würfelspitzen festgelegt. Beispiele für dieses Grundkonzept angepaßter Paare im Zusammenhang mit herkömmlichen Würfelanordnungen sind in der US-A-3712706 (Stamm), US-A-4588258 (Hoopman), US-A-1591572 (Stimson) und US-A-2310790 (Jungerson) gezeigt. Die US-A-5122902 (Benson) offenbart ein weiteres Beispiel für angepaßte Paare retroreflektiver Würfeleckenelemente mit zusammenfallenden Basiskanten, obwohl diese benachbart und entgegengesetzt zueinander längs einer Trennfläche positioniert sein können.
Allgemein weisen diese Beispiele für retroreflektive Würfeleckenelementanordnungen Würfel auf, bei denen die Orientierungen der einzelnen Würfelsymmetrieachsen gegenüber einer Basisebene gesteuert sind. Die Symmetrieachse ist eine Mittel- oder optische Achse, die eine Dreiteilende des durch die Flächen des Elements gebildeten Innen- oder Flächenwinkels ist. In einigen Praxisanwendungen ist es vorteilhaft, die Symmetrieachsen der angepaßten Paare retroreflektiver Würfeleckenelemente in eine Orientierung zu kippen oder zu neigen, die nicht lotrecht zur Basisebene ist, was zu gekippten Würfeleckenanordnungen führt, die über einen breiten Eintrittswinkelbereich retroreflektieren. Gewöhnlich ist der Eintrittswinkel als Winkel definiert, der zwischen dem in die Vorderfläche einer Anordnung eintretenden Lichtstrahl und einem Vektor gebildet ist, der lotrecht zur Vorderfläche ist. Das Kippen von Würfeleckenelementen lehrt z. B. die US-A- 4588258 (Hoopman).
Würfeleckenelemente können nach vorn oder hinten gekippt sein. Im Patent für Hoopman ist eine Struktur offenbart, die einen Kippbetrag bis zu 13º für eine Brechzahl von 1,5 hat. Außerdem offenbart Hoopman einen Würfel mit einem Kippwert von 9,736º. Diese Geometrie repräsentiert den maximalen Vorwärtskippwert von Würfeln in einer herkömmlichen Anordnung, bevor das Nutenbildungswerkzeug optische Würfeloberflächen beschädigt. Normalerweise kommt es zur Beschädigung beim Bilden einer dritten Nut, wenn das Werkzeug Kantenabschnitte benachbarter Elemente entfernt. Die US-A-2310790 (Jungersen) offenbart eine Struktur, die in eine Gegenrichtung zu der im Hoopmanschen Patent gezeigten gekippt ist.
Für diese herkömmlichen Anordnungen definiert man die optische Leistung zweckmäßig durch den Prozentsatz der Oberfläche, die tatsächlich retroreflektiv ist, d. h. die eine effektive Fläche oder aktive Apertur aufweist. Die prozentuale aktive Apertur variiert als Funktion des Kippbetrags, der Brechzahl und des Eintrittswinkels. Bei Eintrittswinkeln ungleich Null zeigen herkömmliche Dreinutenanordnungen höchstens zwei unterschiedliche Aperturformen mit etwa ähnlicher Größe. Diese ergeben sich aus dem einzelnen Typ geometrisch kongruenter angepaßter Paare herkömmlicher Würfeleckenelemente. Herkömmliche gekippte Würfeleckenanordnungen zeigen ähnliche Tendenzen, obwohl die Form der Apertur durch den Kippgrad beeinflußt ist.
Einige herkömmliche Würfeleckenanordnungen sind mit zusätzlichen optischen Beschränkungen hergestellt, die eventuell aus Kippen oder anderen Gestaltungsmerkmalen resultieren, um eine sehr spezifische Leistung unter bestimmten Umständen vorzusehen. Ein Beispiel für diesen Anordnungstyp ist in der US-A-4349598 (White) offenbart. Gezeigt ist diese Anordnung ist in Fig. 1, 2 und 3, die schematisch eine Drauf-, Seiten- bzw. Endansicht darstellen. Eine Anordnung 10 ist ein Beispiel für einen extremen Rückwärtskippwert im Zusammenhang mit einer geometrischen Grenze einer herkömmlichen Würfelgestaltung. Bei dieser Ausführung weist die Anordnung 10 mehrere identische geometrische Würfeleckenelementstrukturen 13 auf, die von einem angepaßten Paar Würfeleckenelemente 15, 16 mit nicht parallelen Symmetrieachsen 19 gemäß Fig. 2 und parallelen Halbierenden 22 gemäß Fig. 3 abgeleitet sind. Die Halbierenden 22 weisen Linienelemente auf, die jeweils den Winkel zwischen den beiden optischen Seitenflächen 40, 41 der Würfeleckenelemente halbieren und in diesem Beispiel eine Basisebene 23 lotrecht schneiden. Die Würfeleckenelemente 15, 16 sind jeweils soweit nach hinten gekippt, daß jedes der Basisdreiecke wegfällt, was zu zwei senkrechten optischen Flächen 24, 25 führt. Dies geschieht, wenn sich die Würfelspitzen 29, 30 direkt über den Basiskanten 32, 33 befinden und die Basisdreiecke in der Draufsicht zu einem Rechteck vereinigt sind. Erforderlich sind nur zwei Nutensätze unter Verwendung von Werkzeugen mit gegenüberliegenden Schneidflächen, um diese Würfelstruktur in einem Träger zu erzeugen. Ein Nutensatz hat einen V-förmigen 90º-Einschnitt 36, und der andere Nutensatz hat einen als Kanal 37 geformten rechtwinkligen Einschnitt, wobei dieser senkrechte optische Flächen bildet. Beide Seiten aller Nuten bilden optische Würfeleckenelementflächen in der Anordnung 10. Der Einsatz des rechtwinkligen Kanals 37 führt zu einer Anordnung 10, in der nicht die gesamte Anordnungsoberfläche mit Würfeleckenelementen bedeckt ist.
Fig. 2 und 3 zeigen den Gebrauch einer Rückschicht 38, die einen Eingriff mit der Anordnung 10 über die gesamte Länge E der langen Funktionswürfelkante 39 herstellt und sie abdichtet. Die Berührung dieses Rückschichtmaterials erfolgt längs der optischen Kante der Würfeleckenelemente. Für alle identischen Würfelstrukturen 13 legt die Kante 39 die höchsten Punkte für die Würfeleckenelementanordnung 10 fest. Die Berührung mit der Rückschicht 38 entlang dieser Kante kann die optische Leistung erheblich beeinträchtigen, indem die Kante beschädigt wird oder Retroreflexion von Lichtstrahlen an der Würfel-Rückschicht-Grenzfläche wegfällt. Gemildert wird dieses Problem durch Verwendung der neuen Strukturen, die nachstehend anhand von Fig. 8 bis 45 festgelegt sind.
In der Whiteschen Ausführung sind die Paare reflektierender Würfeleckenelemente speziell so angeordnet, daß sie eine hohe aktive Apertur bei großen Eintrittswinkeln in zwei Richtungen haben. Alle Würfeleckenelemente haben eine gleichmäßige Höhe und einen gleichmäßigen Abstand, und die Nuten sind auf eine konstante Tiefe ausgearbeitet. Dies führt zu einer Anordnung mit Würfeleckenelementstrukturen, die alle identisch sind und parallele Halbierende und nicht parallele Symmetrieachsen aufweisen. Ferner offenbart die US-A-4938563 (Nelson et al.) eine Anordnung mit mehreren identischen geometrischen Strukturen, u. a. Würfeleckenelementen. Die Elemente nach Nelson et al. ähneln den in der Whiteschen Gestaltung offenbarten Würfeleckenelementen gemäß Fig. 1 bis 3, wobei aber u. a. geringfügig nicht orthogonale optische Oberflächen eingeführt sind. Diese sind als Mittel zum Steuern des Divergenzprofils der Würfeleckenelementstruktur eingeführt.
Eine weitere Abwandlung der herkömmlichen Würfeleckenanordnungen und der Ausführung von Fig. 1 offenbart die US-A- 4895428 (Nelson et al.), die in Drauf-, Seiten- und abwechselnder Endansicht in Fig. 4, 5, 6 bzw. 7 gezeigt ist. Gemäß Fig. 4 ist die Anordnung 50 mit Würfeleckenelementstrukturen 54 durch Reduzieren der Länge der Whiteschen Würfelstruktur 13 und durch Wegfall einer der senkrechten optischen Würfelflächen 24 oder 25 abgeleitet. Wie die Whitesche Ausführung erfordert die Herstellung der Struktur nach Nelson et al. auch nur zwei Nutensätze 52, 53. Beide Seiten der Nut 53 und eine Seite der Nut 52 bilden optische Würfeleckenelenientflächen in der Anordnung 50. Die Anordnung muß auch mindestens eine senkrechte retroreflektive Fläche haben, die durch die Nut 52 gebildet ist. Erreicht wird dies, indem anstelle des Werkzeugs zum Schneiden des rechtwinkligen Kanals nach White ein Versatzwerkzeug zum Einsatz kommt. Das Werkzeug nach Nelson et al. bildet eine nicht retroreflektive Dreieckfläche 58 mit Hilfe einer Werkzeugfreifläche sowie eine senkrechte retroreflektive Fläche 60 mit Hilfe der senkrechten Werkzeugseitenwand. Die gesamte Oberfläche der Anordnung 50 ist mit Würfeleckenelementen bedeckt, die gleichmäßig orientiert sind, um hohe aktive Aperturen bei großen Eintrittswinkeln in einer Richtung vorzusehen.
Fig. 5 und 6 zeigen auch den Gebrauch einer Rückschicht 62, die einen Eingriff mit der Anordnung 50 herstellt und sie· über die gesamte Länge y der Schnittlinie der nicht dreieckförmigen Würfelflächen mit einer Würfelkante 63 abdichtet. Die lange Funktionswürfelkante 63 legt für alle identischen Würfelstrukturen 54 die höchsten Punkte der Würfeleckenelementanordnung 50 fest. Die Berührung mit der Rückschicht 62 an dieser Kante kann die optische Leistung erheblich beeinträchtigen, indem die Kante beschädigt wird oder die Retroreflexion von Lichtstrahlen an der Würfel-Rückschicht-Grenzfläche wegfällt.
Fig. 4 bis 6 offenbaren eine Ausführungsform der Nelsonschen Struktur, die parallele Symmetrieachsen 19 und parallele Halbierende 22 aufweist. Fig. 7 offenbart eine Anordnung 51 einer alternativen Ausführungsform, die zwei retroreflektive Würfeleckenelemente 64, 65 zeigt. Das Element 64 weist Seitenflächen 69, 70 auf, die durch eine Halbierende 73 halbiert sind, die lotrecht zur Ebene der Basis 76 ist. Das Element 65 weist Seitenflächen 78, 79 auf, die durch eine Halbierende 82 halbiert sind, die nicht lotrecht zur Ebene der Basis 76 ist. Der Kippwert des Elements 65 soll die Winkligkeit in waagerechter Richtung verbessern. Dieser Kippwert kommt zustande, während die Höhe H&sub1; der Elemente 64, 65 konstant und gleich der konstanten Tiefe D1 der Nuten bleibt. Die Ausführungsform der Anordnung 51 gemäß Fig. 7 ähnelt einer Ausführungsform in den US-A-4938563 und US-A-4895428. Gemäß Fig. 1 bis 7 lehren alle Whiteschen und Nelsonschen Patente Würfeleckenelementstrukturen mit konstanter Länge und Höhe, konstanter Nutentiefe und mindestens einer senkrechten Fläche, die zwischen zwei Nutensätzen gebildet ist.
Gemäß der Diskussion in der US-A-5171624 (Walter) neigt die Beugung aus den aktiven Aperturen in nahezu orthogonalen herkömmlichen Würfeleckenanordnungen dazu, unerwünschte Variationen im Energiemuster oder Divergenzprofil des retroreflektierten Lichts zu erzeugen. Dies resultiert daraus, daß alle aktiven Aperturen in herkömmlichen Anordnungen etwa gleich groß sind und damit etwa den gleichen Beugungsgrad bei Retroreflexion zeigen. Die Einführung geringfügig nicht orthogonaler Flächen in einer mit zwei Nutensätzen ausgeführten Anordnung in einem Grad, der notwendig ist, um das Divergenzprofil mehr als nur sehr gering zu beeinflussen, ist schwieriger als in Anordnungen, die mit drei Nutensätzen gebildet sind. Grund dafür ist, daß Winkel über 90º bewirken, daß Materialien beim Replizieren körperlich ineinandergreifen. Um daher das Divergenzprofil in einer mit zwei Nutensätzen ausgeführten Anordnung zu steuern, ist es nützlicher, Würfeleckenelemente mit dem neuen Merkmal variabel bemessener aktiver Aperturen zu verwenden. Diese dienen zur Steuerung der Beugung und damit der Divergenzprofilform. Vorzugsweise wird die Aperturform sowohl in x- als auch y-Richtung gesteuert, was Fig. 11, 17, 21, 28, 32 und 42 zeigen.
Durch die Erfindung lassen sich optische Vorteile erreichen, indem das Divergenzprofil beschreibungsgemäß gesteuert wird und indem die Form der mehreren geometrischen Strukturen in jeder Anordnung mittels variierender Nutentiefen und -abstände, variabler Längen von Elementen und variabler Höhen von Strukturen gesteuert wird. Jede Nut bildet die Seitenflächen geometrischer Strukturen, die optische Würfeleckenelemente aufweisen können. Nuten können in einem einzelnen oder in mehreren Durchgängen eines Bearbeitungswerkzeugs durch einen Träger gebildet werden. Nutensätze weisen parallele Nuten im Träger auf.
Fig. 8 bis 10 offenbaren eine direkt bearbeitete Anordnung 100, die mehrere geometrische Strukturen hat, u. a. Würfeleckenelemente 103, 105 mit jeweils unterschiedlichen Höhen- und Breitenmerkmalen. Fig. 9 zeigt die Breite W1 eines der Elemente 103, die breiter als die Breite W2 eines der Elemente 105 ist. Zugleich ist dies ein Beispiel für variable Nutenabstände in x-Achsenrichtung von Nuten, die in y-Achsenrichtung ausgearbeitet sind. Ähnlich ist die Höhe H&sub1; eines Elements 103 in der Messung von einer Bezugsbasis 107 zur höchsten Kante des Elements an einer Spitze 110 höher als die Höhe H&sub2; eines der Elemente 105 mit jeweils einer Oberkante 112. Das neue variable Würfelhöhenmerkmal verringert Schäden an den Würfelkanten für tieferliegende Strukturen, z. B. die Kante 112. Schäden an den höchsten Strukturen, u. a. Würfeln, könnten beim Handhaben des Bahnenmaterials oder infolge von Berührung mit einer Rückschicht beim Abdichten auftreten. Bei herkömmlichen Anordnungen mit konstant hohen Würfeln können alle Kanten beschädigt und die optische Leistung während der Handhabung oder Abdichtung beeinträchtigt werden.
Fig. 11 zeigt einen repräsentativen Bereich der prozentualen aktiven Apertur der Anordnung 100 bei einem Eintrittswinkel von 60º und einer Brechzahl von 1,59. Die variablen Abstände und Höhen von Elementen innerhalb der Anordnung erzeugen mehrere Aperturgrößen, was durch Aperturen 115, 116 gezeigt ist.
Fig. 12 und 13 offenbaren Ansichten einer Anordnung 120, die mehrere Würfeleckenelemente mit variablem Nutenabstand entlang einer y-Achse von Nuten hat, die in x-Achsenrichtung orientiert sind. Dies erzeugt Würfelelemente 123, 125 mit unterschiedlichen Längen L1 und L2. Zudem führt dies zu unterschiedlichen Würfelkantenlängen entlang von Würfelkanten 128, 130.
Fig. 14 bis 16 offenbaren Ansichten einer Anordnung 135, die eine teilweise gekippte Mehrstrukturausführung der Anordnung mit Würfeleckenelementen 137, 138, 139 und 140 offenbären. Diese Ausführung weist einen variablen Nutenabstand sowohl in x- als auch y-Richtung auf. Dies erzeugt Würfeleckenelemente 137, 138 mit jeweils gleichmäßiger Länge L1, die sich von der Länge L2 von Elementen 139, 140 unterscheidet. Allerdings haben die Elemente 137, 139 jeweils eine identische Breite W1, die sich von der Breite W2 jedes der Elemente 138, 140 unterscheidet. Außerdem führt diese Anordnungsgestaltung zu unterschiedlichen Würfelkantenlängen an jeder der Würfelkanten 142, 143, 144, 145.
Die Anordnung 135 ist so bearbeitet, daß die Elemente 138, 140 gekippt sind. Die Kombination aus diesem Kippen mit den zuvor genannten Merkmalen erzeugt eine Anordnung mit Elementen, die nicht parallele Symmetrieachsen 19 gemäß Fig. 15 und nicht parallele Halbierende 22 gemäß Fig. 16 haben.
Fig. 17 offenbart die mehreren Formen und Größen der aktiven Aperturen, die den mehreren Würfeleckenelementstrukturen der Anordnung 135 entsprechen. Die variablen Abstände, Höhen und Breiten sowie das Kippen der Anordnung erzeugen vier unterschiedliche aktive Aperturgrößen und -formen, dargestellt durch Aperturen 148, 149, 150, 151. Diese mehreren aktiven Aperturgrößen und -formen verbessern die gestalterische Flexibilität solcher Anordnungen stark, um eine verbesserte optische Leistung, u. a. eine verbesserte Gleichmäßigkeit des Divergenzprofils, bei verschiedenen Eintrittswinkeln zu erreichen und die Vermarktung dieser sehr genau anpaßbaren Anordnungen zu voranzutreiben.
Fig. 18 bis 20 offenbaren Ansichten einer Anordnung 160 mit vielen der neuen Gestaltungsmerkmale im Zusammenhang mit variabler Nutentiefe und mehreren aktiven Aperturgrößen und -formen, ohne auf nicht orthogonale Aufbauten zurückzugreifen. Die Anordnung 160 weist mehrere Würfeleckenelemente 163, 164 auf, die in einem Träger 165 ausgearbeitet sind, wobei zwei Nutensätze jeweils mehrere parallele Nuten aufweisen. Ein erster Nutensatz weist Nuten 167 auf, die in y-Orientierung angeordnet sind. Ein zweiter Nutensatz weist Nuten 169, 171 auf, die in x-Orientierung, aber mit unterschiedlichen Schnittiefen D1 bzw. D2 angeordnet sind. Dies erzeugt zwei unterschiedlich lange Würfelkanten 174, 176. Gemäß Fig. 19 teilen sich die Würfeleckenelemente 163, 164 eine gemeinsame optische Oberfläche 178.
Fig. 21 offenbart die mehreren Größen der aktiven Aperturen, die den mehreren Würfeleckenelementstrukturen der Anordnung 160 entsprechen. Die variable Nutentiefe und somit variable Größe der Dreieckfläche der Würfeleckenelemente sowie Würfelkantenlänge erzeugen zwei unterschiedliche aktive Aperturgrößen, dargestellt durch Aperturen 180, 183.
Fig. 22 bis 24 offenbaren Ansichten einer Anordnung 190, die die neuen Merkmale variabler Abstände von Nuten und variabler Nutentiefen innerhalb eines Nutensatzes aufweist. Die Anordnung 190 verfügt über mehrere Würfeleckenelemente 191, 192, die mit zwei Sätzen paralleler Nuten in einem Träger 194 ausgearbeitet sind, wobei jedes Würfeleckenelement eine senkrechte optische Fläche hat. Möglich sind verschiedene Abstands- und Tiefenkonfigurationen, was andere Darstellungen zeigen. In dieser Ausführungsform ist aber ein erster Nuten- Satz in gleichmäßigen Entfernungen zwischen Nuten für Nuten mit x-Orientierung ausgearbeitet. Unterschiedliche Nutentiefen D&sub1;, D&sub2; können für Nuten innerhalb jedes Nutensatzes verwendet werden, um alle seitlichen Oberflächen oder Seitenflächen der geometrischen Strukturen zu bilden, die optische oder nicht optische Würfeleckenelementflächen aufweisen können. In diesem Zusammenhang bezieht sich "optischer Abschnitt" auf eine Oberfläche, die bei einem gewissen Eintrittswinkel tatsächlich retroreflektiv ist. Ein zweiter Nutensatz ist in variierten Nutenentfernungen zwischen y-orientierten Nuten ausgearbeitet. Dargestellt ist dies durch den Unterschied zwischen den Breiten W&sub1; und W&sub2;.
Fig. 25 bis 27 offenbaren Ansichten einer Anordnung 200 mit mehreren Würfeleckenelementen, die durch direktes Ausarbeiten zweier Nutensätze mit jeweils mehreren parallelen Nuten in einem Träger 203 erzeugt sind. In dieser Ausführungsform sind Nuten 205, die in y-Richtung orientiert sind, in gleichmäßiger Tiefe, aber mit variablem Abstand ausgearbeitet. Die Nuten 217, die in x-Richtung orientiert sind, sind so ausgearbeitet, daß unterschiedliche Schnittiefen erzeugt silid, was in Fig. 27 als Tiefen D&sub1;, D&sub2; und D&sub3; gezeigt ist. Dies führt zu Würfeleckenelementen 207, 208, 209 und 210 mit einer Breite W&sub1; und einer Höhe H&sub1; sowie Würfeleckenelementen 211, 212, 213 und 214 mit einer anderen Breite W&sub2; und einer anderen Höhe H&sub2;. Zudem sind die Nuten 217 mit variablen Abständen zwischen Nuten ausgearbeitet, was zu Würfeleckenelementen mit unterschiedlichen Längen führt, was durch Elementlängen L&sub1; und L&sub2; dargestellt ist. Symmetrieachsen 19 und Halbierende 22 sind für alle Würfel in der Anordnung 200 parallel.
All diese neuen Gestaltungsmerkmale erzeugen ein mannigfaltiges Muster aktiver Aperturgrößen, die zum Erreichen eines gewünschten Divergenzprofils recht nützlich sind. In Fig. 28 sind die mehreren aktiven Aperturen als Aperturen 220, 221, 222, 223, 224, 225, 226 und 227 gezeigt. Diese Aperturen entsprechen Würfeleckenelementen 207, 208, 209, 210, 211, 212, 213 und 214. Die verbesserte optische Leistung und gestalterische Flexibilität im Ergebnis dieser Mehrstrukturtechniken und -konzepte stehen in direktem Zusammenhang mit verbesserter Produktleistung, Kosteneinsparungen und Marktvorteilen.
Die Gesamtlichtrückstrahlung für retroreflektives Bahnenmaterial leitet sich aus dem Produkt von prozentualer aktiver Apertur und retroreflektierter Lichtstrahlstärke ab. Für einige Kombinationen von Würfelgeometrien, Eintrittswinkeln und Brechzahlen können wesentliche Verringerungen der Strahlstärke zu relativ schlechter Gesamtlichtrückstrahlung führen, obwohl die prozentuale aktive Apertur relativ hoch ist. Ein Beispiel dafür sind retroreflektive Würfeleckenelementanordnungen, die auf innerer Totalreflexion der retroreflektierten Lichtstrahlen beruhen. Die Strahlstärke ist wesentlich verringert, wenn der kritische Winkel für die innere Totalreflexion an einer der Würfelflächen überschritten ist. In solchen Situationen können metallisierte oder andere reflektierende Beschichtungen auf einem Abschnitt einer Anordnung vorteilhaft genutzt werden. Zum Beispiel ist ein spezieller Abschnitt einer Anordnung, der ein Dichtungsmedium berührende Würfeloberflächen hat, oft stärker reflektierend, wenn die Oberflächen eine reflektierende Beschichtung haben. Alternativ kann ein Abschnitt eine gesamte Anordnung aufweisen.
Fig. 29 bis 32 offenbaren Ansichten einer weiteren Anordnung 230 mit mehreren Würfeleckenelementen, die unterschiedliche Höhen H&sub1;, H&sub2;, Längen L&sub1;, L&sub2;, Breiten W&sub1;, W&sub2;, W&sub3;, Nutentiefen D&sub1;, D&sub2;, D&sub3; und aktive Aperturgrößen haben und als unterschiedliche Elemente 233, 234, 235, 236 und 237 gezeigt sind.
Wie zuvor dargestellt wurde, sind direkt bearbeitete retroreflektive Würfeleckengegenstände oft so gestaltet, daß sie einen Dichtungsfilm erhalten, der auf den retroreflektiven Gegenstand aufgebracht wird, um ein Material niedriger Brechzahl, z. B. Luft, zwecks verbesserter Leistung neben den retroreflektiven Elementen zu halten. In herkömmlichen Anordnungen ist dieses Medium oft so in direkte Berührung mit den Würfeleckenelementen gebracht, daß die Gesamtlichtrückstrahlung leidet. Mit den neuen Aufbauten der Erfindung kann aber ein Dichtungsmedium 243 auf der höchsten Oberfläche der Anordnung ohne Berührung und Beeinträchtigung der optischen Eigenschaften tieferliegender retroreflektiver Würfeleckenelemente plaziert sein. Die höchste Oberfläche weist vorzugsweise Würfeleckenelemente auf, kann aber auch nicht retroreflektive Pyramiden, Stümpfe, Pfeiler oder andere Strukturen aufweisen. Fig. 30 zeigt ein in den anderen Zeichnungen nicht dargestelltes optionales Dichtungsmedium 243, das auf den höchsten Würfelkanten 245, 247 über einer Basis 250 positioniert ist. Dies ist ein Beispiel für die Vorteile von Herstellungsverfahren, die Anordnungen mit mehreren geometrischen Strukturen, u. a. retroreflektiven Würfeleckenelementen, in verschiedenen Höhen über einer gemeinsamen Bezugsebene versehen und variierende Nutentiefen beim Bearbeiten nutzen. Obwohl sich leichte Höhenvariationen aus geringfügiger Ungleichmäßigkeit von Nutenpositionen oder eingeschlossenen Winkeln von Würfeleckenelementen infolge von Bearbeitungstoleranzen oder beabsichtigter Induzierung von Nichtorthogonalität ergeben können, sind diese Variationen nicht analog zu den in der Erfindung offenbarten und gelehrten Variationen. Für Anordnungen mit einem Dichtungsmedium können Stützflächen verwendet werden, um sowohl das Medium über Würfeleckenelementen zu halten als auch die Lichtdurchlässigkeit des Bahnenmaterials zu erhöhen. Steigern läßt sich die Lichtdurchlässigkeit des Bahnenmaterials durch Nutzung eines transparenten oder teilweise transparenten Dichtungsmediums.
Fig. 33 bis 35 offenbaren Ansichten einer weiteren direkt bearbeiteten Anordnung 254 mit mehreren Würfeleckenelementen 257, 258, 259, 260, 261 und 262, die in verschiedenen Nutentiefen D&sub1;, D&sub2;, D&sub3; und verschiedenen Längen L&sub1;, L&sub2;, L&sub3; ausgearbeitet sind. Für alle Würfel in der Anordnung 254 sind Symmetrieachsen 19 und Halbierende 22 parallel. Vielfältige Würfeleckenelemente, z. B. 257 und 258 sowie 258 und 261, teilen sich eine gemeinsame optische Oberfläche.
Fig. 36 bis 40 offenbaren Ansichten einer weiteren Ausführung direkt bearbeiteter Anordnungen mit Doppelnutensätzen, die neue Abstands- und Höhenmerkmale nutzen und mehrere Elemente aufweisen, die denen der Offenbarung in der US-A- 4895428 (Nelson et al.) und US-A-4349598 (White) ähneln. Allerdings haben gemäß den Ausführungsformen dieser Zeichnungen mindestens zwei der Elemente 273, 275 (Fig. 36) oder 295, 297 (Fig. 39) entgegengesetzte Orientierungen nicht retroreflektiver Elementdreieckflächen 278, 280 (Fig. 36), 298, 299 (Fig. 39). Dies kann dazu führen, daß sich nicht retroreflektive Elementflächen eine gemeinsame Kante entlang einer Nut teilen, z. B. die Kante 282 und Nut 285 in Fig. 36, oder durch eine Zwischenstruktur gemäß Fig. 39 getrennt bleiben. Diese Ausführung erzeugt Würfeleckenelemente mit parallelen Halbierenden 22 und nicht parallelen Symmetrieachsen 19, die im wesentlichen die gesamte Oberfläche der Anordnung bedecken und die eine sehr hohe aktive Apertur bei großen Eintrittswinkeln in zwei Richtungen haben. Bei einer alternativen Ausführungsform kommen mehrere Kombinationen aus unterschiedlich orientierten Würfeleckenelementen zum Einsatz, die gemäß der vorstehenden Beschreibung selektiv getrennt sind, aber auch einige rechtwinklige kanalförmige Einschnitte aufweisen. Ein Verfahren zur Herstellung dieser Anordnungen weist die folgenden Schritte auf: direktes Ausarbeiten zweier Nutensätze mit jeweils mindestens zwei Nuten in einem Träger, um mehrere geometrische Strukturen mit Würfeleckenelementen zu erzeugen, und Anordnen mindestens zweier der Elemente auf solche Weise, daß sie entgegengerichtete Orientierungen nicht retroreflektiver Elementdreieckflächen haben. In einer Ausführungsform sind die Elemente mit einer entgegengerichteten Beziehung geometrisch identisch. Diese Elemente können auch einen Abschnitt eines Bahnenmaterials mit Verbundanordnung gemäß der späteren Diskussion aufweisen.
Fig. 39 ist eine Draufsicht und Fig. 40 eine Seitenansicht einer direkt bearbeiteten Doppelnutensatzanordnung 290 mit mehreren variabel beabstandeten parallelen Nuten, die in x-Richtung orientiert sind, und mehreren parallelen Nuten, die in y-Richtung orientiert sind, in diesem Beispiel darstellungsgemäß mit konstantem Abstand. Dies erzeugt eine Anordnung mit einem Würfeleckenelement 293 einer Länge L1, die sich von einer Länge L2 in Würfeleckenelementen 295 und 297 unterscheidet. Die neue Gestaltung der Anordnung 290 hat eine sehr gute Eintrittswinkligkeit in zwei Richtungen, während die gesamte Anordnung mit Würfeleckenelementen bedeckt ist.
Zu anderen Ausführungsformen der Erfindung gehört die Schaffung eines Gegenstands oder von Abdrücken des Gegenstands, die die Form des retroreflektierten Lichtmusters weiter abwandeln. Diese Ausführungsformen weisen mindestens einen Nutenseitenwinkel in mindestens einem Nutensatz auf, der sich vom Winkel unterscheidet, der zur Herstellung eines orthogonalen Schnitts mit anderen Flächen des Elements notwendig ist, die durch die Nutenseiten gebildet sind. Ähnlich kann mindestens ein Nutensatz ein Wiederholungsmuster aus mindestens zwei Nutenseitenwinkeln aufweisen, die sich voneinander unterscheiden. Formen der Nutenbildungswerkzeuge oder andere Techniken können Würfeleckenelemente erzeugen, bei denen mindestens ein erheblicher Abschnitt mindestens einer optischen Würfeleckenelementfläche an mindestens einigen der Würfeln gekrümmt ist. Die gekrümmte Fläche kann konkav oder konvex sein. Die gekrümmte Fläche, die anfangs durch eine der Nuten in einem der Nutensätze gebildet war, ist flach in einer im wesentlichen parallel zur Nut gehenden Richtung. Die gekrümmte Fläche kann zylindrisch sein, wobei die Achse des Zylinders parallel zur Nut ist, oder kann einen variierenden Krümmungsradius in senkrechter Richtung zur Nut haben.
Bei Verbundparkettierung handelt es sich um die Technik zum Kombinieren von Zonen von Würfeleckenelementen mit unterschiedlichen Orientierungen. Diese kommt mit herkömmlichen Anordnungen zum Einsatz, z. B. gemäß der Offenbarung in den US-A-4202600 (Burket et al.) und 4243618 (Van Arnam), um Bahnenmaterial mit gleichmäßigem Aussehen bei hohen Einfallswinkeln orientierungsunabhängig bereitzustellen. Außerdem kann Verbundparkettierung eingesetzt werden, um eine symmetrische optische Leistung in Bezug auf Eintrittswinkeländerungen unter Verwendung von Anordnungen vorzusehen, die einzeln asymmetrische Eintrittswinkligkeit zeigen, und um die optische Leistung von Anordnungen zu modifizieren, die Würfeleckenprismen ohne Dreieckbasis aufweisen.
Gemäß Fig. 41 weist eine Verbundanordnung 300 mehrere Zonen 303, 305, 307, 309, 311 auf, die jeweils über Würfeleckenelementanordnungen verfügen. Verbundanordnungen können mehrere Zonen unterschiedlich gestalteter Anordnungen aufweisen, u. a. mindestens eine Zone, die in einer Ausführungsform unterschiedliche geometrische Strukturen mit Würfeleckenelementen aufweist, die aus zwei Sätzen paralleler Nuten gebildet sind, wobei die Elemente parallele Halbierende haben. In einigen Anordnungen sind mehrere neue Merkmale vorhanden. Die Zone 311 ist ein Beispiel für eine Doppelnutensatzanordnung; in der folgendes gilt: Würfeleckenelemente haben unterschiedliche Höhen über einer gemeinsamen Bezugsebene; mindestens zwei der Nuten in mindestens einem der Nutensätze haben eine unterschiedliche Nutentiefe; Würfeleckenelemente haben parallele Symmetrieachsen und einen Abstand zwischen einer ersten Nut und einer benachbarten zweiten Nut, der sich vom Abstand zwischen der zweiten Nut und einer benachbarten dritten Nut unterscheidet; Würfeleckenelemente haben parallele Halbierende und einen Abstand zwischen einer ersten Nut und einer benachbarten zweiten Nut, der sich vom Abstand zwischen der zweiten Nut und einer benachbarten dritten Nut unterscheidet; der Abstand von Nuten innerhalb mindestens eines der Nutensätze ist so variiert, daß mindestens zwei der Würfeleckenelemente unterschiedliche Längen haben; und die aktiven Aperturgrößen variieren bei Eintrittswinkeln ungleich null. Fig. 42 offenbart die aktiven Aperturen für die Anordnung 300, wobei Aperturen 318, 320, 322 und 324 den Würfeleckenelementen der Zonen 303, 305, 307 und 309 entsprechen. Aktive Aperturen 326, 327 und 328 entsprechen den verschiedenen Aperturen für die Würfeleckenelemente der Zone 311.
Benachbarte Zonen von Würfeleckenelement-Verbundanordnungen können unterschiedliche Größen und Orientierungen der Würfeleckenelemente haben. Die Größe der Zonen sollte in Übereinstimmung mit den Anforderungen spezieller Anwendungen ausgewählt sein. Zum Beispiel können Anwendungen in der Verkehrsleitung Zonen erfordern, die ausreichend klein sind, so daß sie vom nackten menschlichen Auge in der erwarteten Mindestbetrachtungsdistanz nicht visuell auflösbar sind. Dies schafft eine Verbundanordnung mit gleichmäßigem Aussehen. Alternativ können Anwendungen für Kanal-/Zufahrtsmarkierungen oder Richtungsreflektoren, z. B. Gehwegmarkierungen oder Sperren, Zonen erfordern, die ausreichend groß sind, so daß sie vom nackten menschlichen Auge in der erforderlichen Höchstbetrachtungsdistanz leicht auflösbar sind. Zusätzlich kann Bahnenmaterial mit Verbundanordnungen in diesen Anwendungen von Nutzen sein, wenn eine maximale Gesamtlichtrückstrahlung bei hohen Eintrittswinkeln erfolgen soll. Bahnenmaterial mit herkömmlichen Anordnungen kann nicht die Werte für die Gesamtlichtrückstrahlung aus mehreren Richtungen, z. B. im Seiteneinsatz an einer Verkehrssperre, wie viele der Verbundanordnungsbahnenmaterialien der Erfindung erreichen.
Fig. 43 bis 45 offenbaren Ansichten einer Anordnung 334 mit mehreren geometrischen Strukturen, u. a. Würfeleckenelementen 337, 338, die durch mehrere Trennflächen 342 beabstandet sind. Die Seitenflächen 345, 346, 347, 348 der Elemente 337, 338 bilden die Grenzkanten 350, 351 für jede Trennfläche. Die Seitenflächen können optische Oberflächen von Würfeleckenelementen sowie nicht optische Oberflächen auf Würfelecken- oder anderen geometrischen Strukturen aufweisen. Eine Trennfläche 342 kann flache oder gekrümmte Abschnitte in der Querschnittansicht haben.
Trennflächen lassen sich vorteilhaft nutzen, um Lichtdurchgang oder -durchlässigkeit in Bahnenmaterial, u. a. in flexiblem Bahnenmaterial, zu erhöhen, das Mehrstrukturanordnungen mit retroreflektiven Würfeleckenelementen nutzt. Besonders nützlich ist dies zum Beispiel in retroreflektiven Gegenständen mit Innenbeleuchtung, z. B. Schildern oder Signallichtreflektoren von Kraftfahrzeugen, die normalerweise durch Spritzgießen hergestellt werden. In der Ausführungsform von Fig. 43 sind Trennflächen in Kombination mit Würfelkanten gezeigt, die ferner mit Nuten variabler Tiefe eingeschnitten wurden, um zusätzliche Würfeleckenelemente zu bilden. Dieses Verfahren kann auch dazu dienen, Würfelkanten oder andere Strukturoberflächen bei Bedarf zu stutzen. Eine Trennfläche 342 kann mit Hilfe eines Bearbeitungswerkzeugs mit flacher oder gewölbter Spitze oder durch weiteres Entfernen von Material von einem Abdruck der Mehrstrukturvorlage mit Würfeleckenelementanordnung gebildet werden. Anerkannt ist, daß viele unterschiedliche Kombinationen von Strukturmerkmalen innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung möglich und diese Kombinationen nicht auf spezifische repräsentative Ausführungsformen gemäß den Zeichnungen beschränkt sind.
Geeignete Materialien für retroreflektive Gegenstände oder Bahnenmaterialien der Erfindung sind vorzugsweise transparente Materialien, die maßstabil, haltbar, witterungsbeständig und leicht in der gewünschten Konfiguration zu replizieren sind. Zu Beispielen für geeignete Materialien gehören Glas; Acrylmaterialien, die eine Brechzahl von etwa 1,5 haben, z. B. Harz der Marke PLEXIGLAS, hergestellt von Rohm and Haas Company; Polycarbonate, die eine Brechzahl von etwa 1,59 haben; reaktive Materialien, z. B. gemäß der Lehre in den US- A-4576850, 4582885 und 4668558; Ionomere auf Polyethylenbasis, z. B. die unter dem Markennamen SURLYN von E. I. DuPont de Nemours and Co., Inc. vertriebenen; Polyester, Polyurethane; und Celluloseacetatbutyrate. Polycarbonate sind wegen ihrer Zähigkeit und relativ höheren Brechzahl besonders geeignet, die allgemein zu verbesserter retroreflektiver Leistung über einen breiteren Bereich von Eintrittswinkeln beiträgt. Außerdem können diese Materialien Farbstoffe, Färbemittel, Pigmente, UV-Stabilisatoren oder andere Zusatzstoffe aufweisen. Die Transparenz der Materialien gewährleistet, daß die Trenn- oder gestutzten Flächen Licht durch diese Abschnitte des Gegenstands oder Bahnenmaterials durchlassen.
Der Einbau von gestutzten und/oder Trennflächen hebt nicht das Retroreflexionsvermögen des Gegenstands auf, sondern macht den gesamten Gegenstand teilweise transparent. In einigen Anwendungen, die teilweise transparente Materialien erfordern, verbessern geringe Brechzahlen des Gegenstands den Bereich von durch den Gegenstand durchgelassenem Licht. In diesen Anwendungen ist der erhöhte Durchlaßbereich von Acrylmaterialien (Brechzahl etwa 1,5) erwünscht.
In vollständig retroreflektiven Gegenständen sind Materialien mit hohen Brechzahlen bevorzugt. In diesen Anwendungen werden solche Materialien wie Polycarbonate mit Brechzahlen von etwa 1,59 verwendet, um die Differenz zwischen den Brechzahlen des Materials und der Luft zu erhöhen und damit die Retroreflexion zu steigern. Außerdem sind Polycarbonate wegen ihrer Temperaturstabilität und Stoßfestigkeit allgemein bevorzugt.
Dem Fachmann werden verschiedene Abwandlungen und Änderungen der Erfindung deutlich sein, ohne vom Schutzumfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen.

Claims

1. Retroreflektives Bahnenmaterial mit:

einem Träger (165, 194) mit einer Basisfläche und einer strukturierten Oberfläche, wobei die strukturierte Oberfläche einen ersten Nutensatz mit mindestens zwei parallelen Nuten und einen zweiten Nutensatz mit mindestens zwei parallelen Nuten hat, wobei der zweite Nutensatz den ersten Nutensatz schneidet, um eine Anordnung von Würfeleckenelementen zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die strukturierte Oberfläche aufweist:

eine erste Nut des ersten oder zweiten Satzes, die auf eine Tiefe D&sub1; ausgearbeitet ist; und

eine zweite Nut des ersten oder zweiten Satzes, die auf eine Tiefe D&sub2; ausgearbeitet ist, die sich von D&sub1; unterscheidet.

2. Retroreflektives Bahnenmaterial nach Anspruch 1, wobei mehrere Nuten in mindestens einem Nutensatz eine erste Seitenfläche aufweisen, die in einer Ebene angeordnet ist, die etwa lotrecht zur Basisfläche ist.

3. Retroreflektives Bahnenmaterial nach Anspruch 1 oder 2, wobei benachbarte parallele Nuten in einem Nutensatz nicht äquidistant sind.

4. Retroreflektives Bahnenmaterial nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Syinmetrieachsen jedes Würfeleckenelements in der Anordnung im wesentlichen parallel sind.

5. Retroreflektives Bahnenmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Anordnung aufweist: ein erstes Würfeleckenelement, das sich in einer Höhe H&sub1; über einer Bezugsebene erstreckt, und ein zweites Würfeleckenelement, das sich in einer Höhe H&sub2; über der Bezugsebene erstreckt, die sich von H&sub1; unterscheidet.

6. Retroreflektives Bahnenmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei mindestens einer der Nutensätze in einem Wiederholungsmuster mindestens zwei Nutenseitenwinkel aufweist, die sich voneinander unterscheiden.

7. Retroreflektives Bahnenmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei mindestens eine Würfeleckenelementoberfläche über einen wesentlichen Abschnitt der Oberfläche gekrümmt ist.

8. Retroreflektives Bahnenmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner mit einem Dichtungsmedium (243), das benachbart zur strukturierten Oberfläche angeordnet ist.

9. Retroreflektives Bahnenmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein Abschnitt des Bahnenmaterials mit einem spiegelnd reflektierenden Material beschichtet ist.

10. Retroreflektives Bahnenmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei ein Abschnitt des Bahnenmaterials optisch durchlässig ist.

11. Retroreflektives Bahnenmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner mit einer zweiten Anordnung von Würfeleckenelementen, wobei die zweite Anordnung auf der strukturierten Oberfläche in einer anderen Orientierung als die erste Anordnung angeordnet ist.

12. Verfahren zum Herstellen eines Würfeleckengegenstands mit den folgenden Schritten:

Bereitstellen eines bearbeitbaren Trägers;

Ausarbeiten eines ersten Nutensatzes mit mindestens zwei parallelen Nuten im Träger;

Ausarbeiten eines zweiten Nutensatzes mit mindestens zwei parallelen Nuten im Träger, wobei der zweite Nutensatz den ersten Nutensatz schneidet, um eine Anordnung von Würfeleckenelementen zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß

eine erste Nut des ersten oder zweiten Satzes auf eine Tiefe D&sub1; ausgearbeitet wird; und

eine zweite Nut des ersten oder zweiten Satzes auf eine Tiefe D&sub2; ausgearbeitet wird, die sich von D&sub1; unterscheidet.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die erste Nut und die zweite Nut im wesentlichen parallel sind.

14. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die erste Nut die zweite Nut schneidet.

15. Verfahren nach Anspruch 12, 13 oder 14, wobei benachbarte parallele Nuten in einem Nutensatz nicht äquidistant sind.

16. Gegenstand, der gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15 hergestellt ist.

17. Gegenstand, der ein Abdruck des Gegenstands nach Anspruch 16 ist.