DE69829507T2

DE69829507T2 - Gegenstand mit modulierender rückstrahlung

Info

Publication number: DE69829507T2
Application number: DE69829507T
Authority: DE
Inventors: F. John DREYER; B. Madeleine FLEMING
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1998-02-05
Filing date: 1998-06-03
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2018-06-04
Also published as: JP2002502985A; EP1521105A1; CN1135406C; JP4146084B2; TW425532B; CA2318425A1; EP1053490B1; EP1712933A1; EP1053490A1; CN1284172A; KR100558109B1; DE69829507D1; US6045230A; DE69834280D1; AU7796098A; EP1521105B1; DE69834280T2; KR20010040562A; WO1999040462A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet retroreflektierender Gegenstände mit modulierender Rückstrahlung.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die Sichtbarkeit von Objekten und Personen bei Nacht ist nach wie vor ein Problem, insbesondere für die Lenker von Fahrzeugen wie beispielsweise Lkw und Pkw. Es gibt sowohl aktive als auch passive Lösungsansätze zur Verbesserung der Sichtbarkeit von Objekten und Personen bei Nacht. Aktive Systeme erhöhen die Auffälligkeit mittels einer Dauerlichtquelle, einer Blinklichtquelle oder einer Kombination aus Dauerlicht- und Blinklichtquellen. Zwar sind aktive Systeme sehr auffällig, doch sie benötigen Energie – meist elektrische Energie – um das gewünschte Licht zu erzeugen. Energiequellen stehen aber nicht immer zur Verfügung, oder sie erschöpfen sich so, dass die Lichtquellen nicht mehr funktionieren. Darum finden aktive Systeme für den Langzeiteinsatz nur begrenzt Anwendung.
Zu passiven Systemen gehören Diffusionsreflektoren, Spiegelreflektoren und/oder Retroreflektoren (Rückstrahler). Retroreflektoren können einen sehr hohen Anteil des einfallenden Lichts, das sonst zu anderen Stellen reflektiert werden würde, zur Lichtquelle zurückwerfen, wie beispielsweise die Scheinwerfer eines Pkw oder Lkw. Retroreflektoren bestehen normalerweise aus Perlen (siehe beispielsweise die US-Patente Nr. 4,025,159 an McGrath; Nr. 4,983,436 an Bailey und Mitarbeiter; und Nr. 5,066,098 an Kult und Mitarbeiter), oder sie können Würfeleckenelemente enthalten (siehe beispielsweise die US-Patente Nr. 5,272,562 an Coderre und Nr. 5,450,235 an Smith und Mitarbeiter). Es ist bei vielen Retroreflektoren der Fall, dass die Menge des zurückgeworfenen Lichts den retroreflektierenden Gegenstand so aussehen lassen kann, als besäße er eine eigene Lichtquelle, obgleich in Wirklichkeit lediglich wenigstens ein Teil des Lichts, das von der Lichtquelle zum Reflektor abgestrahlt wird, zur Lichtquelle zurückgeworfen wird. Obgleich Retroreflektoren einen Großteil des Lichts zurückwerfen, kommt das auftreffende Licht in der Regel von einer Dauerlichtquelle, wie beispielsweise von Scheinwerfern. Auftreffendes Dauerlicht ergibt im Allgemeinen ein vom Retroreflektor zurückgeworfenes ebenso dauerhaftes Licht.
Ingenieure haben verschiedene Schritte unternommen, die Auffälligkeit von retroreflektierenden Gegenständen zu verbessern. Beispielsweise beschreiben Shusta und Mitarbeiter in den PCT-Schriften WO 97/41465 und 97/41464 (US-Patentanmeldungen 08/640,326 und 08/640,383) einen retroreflektierenden Gegenstand, der unter Lichteinwirkung glitzert. Es wurden auch schon Fluoreszenzfarbstoffe zur Erhöhung der Auffälligkeit verwendet (siehe beispielsweise die US-Patente Nr. 5,387,458 und 3,830,682). Und schließlich ist im US-Patent Nr. 4,726,134 ein retroreflektierendes Schild beschrieben, das Bereiche mit variierendem Rückstrahlungsvermögen aufweist, um die Auffälligkeit des Schildes zu erhöhen.
WO 97/19820 A1 offenbart einen optischen Datenträger in Form eines Verbundlaminats mit einer Trägerfolie mit einer oberen Reliefstruktur, die als Mikrolinse fungiert, und einer unteren metallisierten Reliefstruktur, die als Reflektor fungiert, dergestalt, dass paralleles Licht, das auf die Mikrolinse auftrifft, in Gegenrichtung reflektiert wird, wodurch der optische Datenträger einen Retroreflektor bildet. Die untere reflektierende Struktur ist jedoch selbst nicht retroreflektierend, sondern nur im Zusammenwirken mit der oberen Mikrolinsenstruktur.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt einen alternativen Lösungsansatz zur Erhöhung der Auffälligkeit retroreflektierender Gegenstände bereit. Gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen retroreflektierende Gegenstände mit modulierender Rückstrahlung eine Vorderfläche, die wenigstens erste und zweite Bereiche mit unterschiedlichen Durchlässigkeitseigenschaften enthält, sowie eine Rückfläche mit retroreflektierenden Bereichen und Separationsbereichen. Die ersten und zweiten Bereiche auf der Vorderfläche sind relativ zu den retroreflektierenden Bereichen und den Separationsbereichen auf der Rückfläche derart angeordnet, dass ein wesentlicher Teil von auf die ersten Bereiche der Vorderfläche unter einem ersten Winkel einfallendem Licht durch die ersten Bereiche der Vorderfläche zu den retroreflektierenden Bereichen auf der Rückfläche durchgelassen wird, wo er durch die Vorderfläche zurück retroreflektiert wird. Ferner wird ein wesentlicher Teil von auf die ersten Bereiche der Vorderfläche unter einem zweiten Winkel einfallendem Licht durch die ersten Bereiche auf der Vorderfläche zu den Separationsbereichen durchgelassen.
Die ersten und zweiten Bereiche verarbeiten Licht dergestalt, dass die retroreflektierenden Gegenstände eine modulierende Rückstrahlung von einfallendem Licht erzeugen, wobei die Modulation oder Variation zwischen beispielsweise Rückstrahlung oder keine Rückstrahlung, Rückstrahlung verschiedener Farben, Rückstrahlung mit verschiedenen Helligkeitswerten usw. liegen kann. Oder anders ausgedrückt: Bei Einwirkung von einfallendem Licht von einer Dauerlichtquelle kann eine Relativbewegung zwischen dem retroreflektierenden Gegenstand und der Lichtquelle zu Variationen oder Modulation bei der Rückstrahlung von Licht von der Lichtquelle führen. Wenn retroreflektierende Gegenstände eine modulierende Rückstrahlung erzeugen, so erhöhen die Variationen oder Veränderungen im Allgemeinen die Auffälligkeit eines retroreflektierenden Gegenstandes.
Gemäß einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung einen retroreflektierenden Gegenstand bereit, der Folgendes beinhaltet: eine Vorderfläche, die mehrere erste Bereiche und mehrere zweite Bereiche enthält, wobei die mehreren ersten Bereiche eine andere Menge einfallenden Lichts als die mehreren zweiten Bereiche durchlässt; eine Rückfläche gegenüber der Vorderfläche, wobei die Rückfläche mehrere retroreflektierende Bereiche und mehrere Separationsbereiche umfasst, wobei die mehreren retroreflektierenden Bereiche durch die Separationsbereiche voneinander getrennt sind; wobei die ersten und zweiten Bereiche auf der Vorderfläche relativ zu den retroreflektierenden Bereichen und den Separationsbereichen auf der Rückfläche derart angeordnet sind, dass ein wesentlicher Teil von auf die ersten Bereiche der Vorderfläche unter einem ersten Winkel einfallendem Licht durch die ersten Bereiche der Vorderfläche zu den retroreflektierenden Bereichen auf der Rückfläche durchgelassen wird, wo er durch die Vorderfläche zurück retroreflektiert wird, und wobei ferner ein wesentlicher Teil von auf die ersten Bereiche der Vorderfläche unter einem zweiten Winkel einfallendem Licht durch die ersten Bereiche auf der Vorderfläche zu den Separationsbereichen durchgelassen wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung einen retroreflektierenden Gegenstand bereit, der Folgendes beinhaltet: eine Vorderfläche, die mehrere erste Bereiche und mehrere zweite Bereiche enthält, wobei die mehreren ersten Bereiche eine andere Menge einfallenden Lichts als die mehreren zweiten Bereiche durchlässt, und wobei des Weiteren die ersten und zweiten Bereiche auf der Vorderfläche in abwechselnden Säulen angeordnet sind, die im Allgemeinen auf eine erste Achse ausgerichtet sind, und wobei des Weiteren die mehreren ersten Bereiche für auf die Vorderfläche unter einem ersten Winkel einfallendes Licht im Wesentlichen durchlässig sind und jeder der mehreren zweiten Bereiche eine oder mehrere optische Eigenschaften aufweist, die aus folgender Gruppe ausgewählt sind: im Wesentlichen absorbierend, teilweise absorbierend, diffus durchlässig, teilweise durchlässig, diffus reflektierend, spiegelnd reflektierend und retroreflektierend; eine Rückfläche gegenüber der Vorderfläche, wobei die Rückfläche mehrere retroreflektierende Bereiche und mehrere Separationsbereiche umfasst, wobei die retroreflektierenden Bereiche und die Separationsbereiche in abwechselnden Säulen auf der Rückseite angeordnet sind, wobei die Säulen im Allgemeinen auf die erste Achse ausgerichtet sind und eine im allgemeinen quer zu der ersten Achse verlaufende Breite aufweisen, und wobei des Weiteren jeder der mehreren Separationsbereiche auf der Rückfläche für durch die Vorderfläche durchgelassenes Licht eine oder mehrere optische Eigenschaften aufweist, die aus der Gruppe Absorption, Transmission und Retroreflexion ausgewählt sind, wobei mindestens eine optische Charakteristik von von den Separationsbereichen retroreflektiertem Licht verschieden ist von von den retroreflektierenden Bereichen auf der Rückfläche des Gegenstands retroreflektiertem Licht; und wobei die ersten und zweiten Bereiche auf der Vorderfläche relativ zu den retroreflektierenden Bereichen und den Separationsbereichen auf der Rückfläche derart angeordnet sind, dass ein wesentlicher Teil von auf die ersten Bereiche der Vorderfläche unter einem ersten Winkel einfallendem Licht durch die ersten Bereiche der Vorderfläche zu den retroreflektierenden Bereichen auf der Rückfläche durchgelassen wird, wo er durch die Vorderfläche zurück retroreflektiert wird, und wobei des Weiteren ein wesentlicher Teil von auf die ersten Bereiche der Vorderfläche unter einem zweiten Winkel einfallendem Licht durch die ersten Bereiche auf der Vorderfläche zu den Separationsbereichen durchgelassen wird.
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Gegenstände und Verfahren werden im Folgenden eingehender anhand veranschaulichender Ausführungsformen der Erfindungen beschrieben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht eines retroreflektierenden Gegenstandes gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines alternativen retroreflektierenden Gegenstandes gemäß der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Querschnittsansicht des retroreflektierenden Gegenstandes von 2 entlang der Linie 3-3.
4 ist eine Querschnittsansicht eines weiteren retroreflektierenden Gegenstandes gemäß der vorliegenden Erfindung.
5a–5c sind Querschnittsansichten eines weiteren retroreflektierenden Gegenstandes gemäß der vorliegenden Erfindung.
Figuren 5aa–5cc sind schematische Darstellungen des Aussehens der retroreflektierenden Gegenstände der 5a–5c unter verschiedenen Bedingungen.
6 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren retroreflektierenden Gegenstandes gemäß der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine Seitenansicht des retroreflektierenden Gegenstandes von 6.
7a ist eine Draufsicht auf den retroreflektierenden Gegenstand von 6.
8 ist eine Ansicht des retroreflektierenden Gegenstandes der 6 und 7 entlang der Achse 412 in 6.
9 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren retroreflektierenden Gegenstandes gemäß der vorliegenden Erfindung.
10 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren retroreflektierenden Gegenstandes gemäß der vorliegenden Erfindung.
11 ist eine Querschnittsansicht eines weiteren retroreflektierenden Gegenstandes gemäß der vorliegenden Erfindung.
12 ist eine Kurvendarstellung der optischen Leistung von retroreflektierenden Gegenständen gemäß der vorliegenden Erfindung.
13 ist eine Querschnittsansicht eines weiteren retroreflektierenden Gegenstandes gemäß der vorliegenden Erfindung.
14 ist eine Querschnittsansicht eines weiteren retroreflektierenden Gegenstandes gemäß der vorliegenden Erfindung.
15 ist eine Querschnittsansicht des retroreflektierenden Gegenstandes von 14 während der Herstellung.
16 ist eine Draufsicht auf die Vorderfläche des retroreflektierenden Gegenstandes von 14.
17 veranschaulicht ein Kleidungsstück, das einen retroreflektierenden Gegenstand gemäß der vorliegenden Erfindung enthält.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VERANSCHAULICHENDER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt retroreflektierende Gegenstände bereit, die zwei optische Flächen beinhalten, die zusammen während einer Relativbewegung zwischen einer Lichtquelle und dem Gegenstand eine modulierende Retroreflexion von einfallendem Licht, das den Gegenstand beleuchtet, erzeugen. Die modulierende oder variierende Art der Retroreflexion kann eine Reihe verschiedener Formen annehmen. Beispielsweise können die Variationen folgende Effekte zur Folge haben: Retroreflexion oder keine Retroreflexion (d. h. An/Aus-Retroreflexion); Retroreflexion, die zwischen zwei oder mehr verschiedenen Farben wechselt; Variationen in der Helligkeit oder Intensität des retroreflektierten Lichts; zwei oder mehr verschiedene Arten von blinkender Retroreflexion (beispielsweise An/Aus- und farbenvariable Retroreflexion); scheinbare Bewegung, wenn aufeinanderfolgende Abschnitte des retroreflektierenden Gegenstandes auftreffendes Licht retroreflektieren; oder der retroreflektierende Gegenstand kann retroreflektierende Abschnitte enthalten, die verschiedene Eintrittswinkel oder Betrachtungswinkel aufweisen.
Die Figuren, die der Veranschaulichung der Prinzipien von erfindungsgemäßen retroreflektierenden Gegenständen dienen, sind nicht maßstabsgerecht, insbesondere hinsichtlich der Abstände zwischen den Vorder- und Rückflächen der erfindungsgemäßen retroreflektierenden Gegenstände. Der Abstand zwischen den Vorder- und Rückflächen von erfindungsgemäßen retroreflektierenden Gegenständen ist in der Regel größer als die Ab messungen der Strukturen auf den Vorder- und Rückflächen.
Obgleich im Wesentlichen das gesamte Licht, das von den erfindungsgemäßen retroreflektierenden Gegenständen zurückgeworfen wird, während der Retroreflexion geringfügig verlagert oder verschoben wird, werden diese Verlagerungen bei der Beschreibung der erfindungsgemäßen retroreflektierenden Gegenstände und der Auswirkungen der Gegenstände auf das Licht aus Gründen der Einfachheit allgemein ignoriert.
Die erfindungsgemäßen retroreflektierenden Gegenstände erzeugen eine modulierende Retroreflexion mit zwei einander gegenüberliegenden Flächen: eine Vorderfläche, die wenigstens erste und zweite Bereiche enthält, die verschiedene Mengen oder Arten von Licht durchlassen, sowie eine Rückfläche, die retroreflektierende Bereiche und Separationsbereiche enthält. Weil die Rückfläche Bereiche enthält, die wenigstens zwei verschiedene optische Effekte erzeugen, beispielsweise rückstrahlend und absorbierend, führt der Unterschied bei der Durchlässigkeit durch die Vorderfläche zu Gegenständen, die je nach dem Einfallswinkel des auftreffenden Lichts eine modulierende Retroreflexion erzeugen.
Und obgleich die erfindungsgemäßen retroreflektierenden Gegenstände mit Vorder- und Rückflächen beschrieben werden, versteht es sich, dass die Vorder- und/oder Rückflächen selbst innerhalb des Grundkörpers eines Objekts eingebettet sein können, d. h. die Vorder- und/oder Rückflächen brauchen nicht auf den Außenflächen eines Objekts, das dazu dient, die erfindungsgemäßen retroreflektierenden Gegenstände zu bilden, frei zu liegen. Des Weiteren können die Vorder- und Rückflächen als ein einzelner integraler Körper ausgebildet sein, oder sie können aus zwei oder mehr Körpern gebildet werden.
Die erfindungsgemäßen retroreflektierenden Gegenstände funktionieren außerdem im Allgemeinen besser bei einem Licht, das in einem relativ kleinen Winkel relativ zu einer Achse, die senkrecht auf der Vorderfläche steht, auf die Vorderfläche des Gegenstandes auftrifft. Licht, das in einem großen Winkel relativ zu einer Achse, die senkrecht auf der Vorderfläche steht, einfällt, wird von der Vorderfläche möglicherweise in starkem Maß reflektiert, so dass die Durchlässigkeit des Lichts durch die Fläche deutlich verringert ist. Und selbst wenn mit einem großen Winkel einfallendes Licht durch die Vorderfläche durchgelassen wird, so kann es sein, dass dieses Licht auf die retroreflektierenden Bereiche auf der Rückfläche des Gegenstandes in einem Winkel auftrifft, der außerhalb des Arbeitsbereichs der retroreflektierenden Elemente oder Strukturen liegt, die die in den retroreflektierenden Bereichen verwendet werden, so dass begrenzte oder gar keine Retroreflexion die Folge ist.
Obgleich die ersten und zweiten Bereiche auf den Vorderflächen und die retroreflektierenden Bereiche und Separationsbereiche auf den Rückflächen von retroreflektierenden Gegenständen im Folgenden allgemein als regelmäßige Formen und sich wiederholende Muster beschrieben werden, versteht es sich, dass sie statt dessen auch in unregelmäßigen Formen und/oder sich nicht wiederholenden Mustern ausgebildet sein können. Retroreflektierende Gegenstände, bei denen die ersten und zweiten Bereiche auf der Vorderfläche und/oder die retroreflektierenden Bereiche und Separationsbereiche auf der Rückfläche als unregelmäßige Formen und/oder sich nicht wiederholende Muster ausgebildet sind, weisen vorzugsweise trotzdem noch modulierende Retroreflexion auf. In einigen Fällen kann die Retroreflexion als funkelnde Retroreflexion in Erscheinung treten, wo unterschiedliche Bereiche der retroreflektierenden Gegenstände Licht je nach dem Einfallswinkel des zurückgeworfenen Lichts zu unterschiedlichen Zeitpunkten und in unterschiedlichen Intensitäten zurückwerfen.
1 ist eine perspektivische Ansicht eines retroreflektierenden Gegenstandes 10 gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Vorderfläche 20 und einer Rückfläche 30, die sich gegenüber der Vorderfläche 20 befindet. Licht 40 von der Lichtquelle 42 trifft auf die Vorderfläche 20 des retroreflektierenden Gegenstandes 10 auf.
Die Rückfläche 30 enthält mehrere retroreflektierende Bereiche 32, die so konfiguriert sind, dass die Licht, das von der Vorderfläche 20 kommend auf sie auftrifft, in Richtung der Vorderfläche 20 des retroreflektierenden Gegenstandes 10 zurückwerfen. Zwischen jedem Paar benachbarter retroreflektierender Bereiche 32 auf dem retroreflektierenden Gegenstand 10 befindet sich ein Separationsbereich 34.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform haben die retroreflektierenden Bereiche 32 und die dazwischenliegenden Separationsbereiche 34 eine säulenförmige Gestalt, die allgemein auf eine Achse 12 ausgerichtet ist, und sind über die Rückfläche 30 hinweg in einem sich wiederholenden Muster angeordnet. Es versteht sich jedoch, dass die retroreflektierenden Bereiche 32 und die Separationsbereiche 34 auf der Rückfläche 30 auch in unregelmäßigen Formen und/oder in sich nicht wiederholenden Mustern ausgebildet sein können.
Die Separationsbereiche 34 können eine Vielfalt an optischen Effekten erzeugen. Beispielsweise können die Separationsbereiche 34 auftreffendes Licht durchlassen; sie können auftreffendes Licht absorbieren; sie können spiegelnd reflektieren, diffus reflektieren oder retroreflektieren (rückstrahlen). Des Weiteren können die Separationsbereiche zwei oder mehr optische Eigenschaften aufwiesen; sie können beispielsweise ab sorbierende und durchlässige Abschnitte oder andere Kombinationen enthalten.
Wenn wenigstens ein Abschnitt jedes der Separationsbereiche 34 retroreflektierend ist, so weisen sie vorzugsweise eine Retroreflexion auf, die sich auf irgendeine Weise von der Retroreflexion der retroreflektierenden Bereiche 32 unterscheidet. Ein Beispiel für einen Unterschied in der Retroreflexion ist eine Änderung der Helligkeit oder Intensität des Lichts, das von den Separationsbereichen 34 zurückgeworfen wird, im Vergleich zu dem Licht, das von den retroreflektierenden Bereichen 32 zurückgeworfen wird. Ein weiteres Beispiel für einen Unterschied in der Retroreflexion ist eine Änderung der Farbe des Lichts, das von den Separationsbereichen 34 zurückgeworfen wird, im Vergleich zu der Farbe des Lichts, das von den retroreflektierenden Bereichen 32 zurückgeworfen wird. Ein weiterer Unterschied könnte beim Eintrittswinkel oder Betrachtungswinkel der retroreflektierenden Strukturen in den retroreflektierenden Bereichen 32 im Vergleich zu den Separationsbereichen 34 liegen.
Die Vorderfläche 20 des retroreflektierenden Gegenstandes 10 enthält mehrere erste Bereiche 22 und mehrere zweite Bereiche 24. Die zweiten Bereiche 24 unterscheiden sich vorzugsweise von den ersten Bereichen 22 dadurch, dass sie eine andere Lichtmenge durch die Vorderfläche 20 hindurchlassen. Mit "andere Lichtmenge" meinen wir, dass die zweiten Bereiche 24 eine andere Lichtmenge auf der Basis von Gesamtlichtintensität, Wellenlänge(n), Polarisation oder anderen Charakteristika hindurchlassen. Die hindurchgelassenen Lichtmengen werden relativ zur Menge des Lichts bestimmt, das durch die ersten Bereiche 22 auf der Vorderfläche 20 hindurchgelassen wird.
Beispielsweise können die ersten Bereiche 22 glatt und klar sein, dergestalt, dass sie im Wesentlichen alles senkrecht (oder nahezu senkrecht) auftreffende Licht durchlassen, während die zweiten Bereiche 24 nahezu das gesamte auf sie auftreffende Licht absorbieren. Bei einer anderen Kombination können die ersten Bereiche 22 durchlässig sein, während die zweiten Bereiche 24 reflektierend sind, d. h. sie reflektieren einen wesentlichen Teil des auftreffenden Lichts. Bei einer weiteren Kombination können die ersten Bereiche 22 Licht aller Polarisationsrichtungen durchlassen, während die zweiten Bereiche mit einem polarisierenden Film überzogen sein können, der eine wesentliche Menge des Lichts, das eine bestimmte Polarisationsrichtung aufweist, reflektiert oder absorbiert, während sie Licht mit der orthogonalen Polarisationsrichtung durchlassen. Bei einer weiteren Kombination können die zweiten Bereiche 24 mit einem Filter versehen sein, das Licht eines bestimmten Wellenlängenbereichs absorbiert, während die ersten Bereiche 22 Licht jeder sichtbaren Wellenlänge passieren lässt. Bei einer anderen Variation können die ersten und zweiten Bereiche 22/24 verschiedene Farben aufweisen, dergestalt, dass der retroreflektierende Gegenstand 10 je nach dem Einfallswinkel des auftreffenden Lichts ein Licht von unterschiedlicher Farbe zurückwirft. Bei einigen Ausführungsformen können die zweiten Bereiche 24 eine oder mehrere optische Eigenschaften aufweisen, die aus folgender Gruppe ausgewählt sind: Absorption, diffuse Durchlässigkeit, teilweise Durchlässigkeit, diffuse Reflexion, Spiegelreflexion und Retroreflexion.
In jedem Fall unterscheidet sich die Lichtmenge, die durch die zweiten Bereiche 24 zu den retroreflektierenden Bereichen 32 auf der Rückfläche 30 durchgelassen wird, auf die eine oder andere Weise von der durch die ersten Bereiche 22 durchgelassenen Lichtmenge, die auf die retroreflektierenden Bereiche 32 auf der Rückfläche 30 auftrifft. Es sind die Unterschiede bei den Lichtmengen, die durch die unterschiedlichen Bereiche auf der Vorderseite 20 durchgelassen werden, in Kombination mit den verschiedenen retroreflektierenden Bereichen 32 und Separationsbereichen 34 auf der Rückfläche 30, welche die modulierende Retroreflexion der erfindungsgemäßen retroreflektierenden Gegenstände erzeugen.
Die ersten und zweiten Bereiche 22/24 auf der Vorderfläche 20 des retroreflektierenden Gegenstandes 10 sind relativ zu den retroreflektierenden Bereichen 32 und den Separationsbereichen 34 auf der Rückfläche 30 vorzugsweise dergestalt angeordnet, dass ein wesentlicher Anteil des Lichts, das auf die ersten Bereiche 22 der Vorderfläche 20 in einem ersten Winkel auftrifft, durch die ersten Bereiche 22 der Vorderfläche 20 zu den retroreflektierenden Bereichen 32 auf der Rückfläche 30 durchgelassen wird, wo das Licht durch die ersten Bereiche 22 auf der Vorderfläche 20 hindurch zurückgeworfen wird. Im Fall des Lichts, das auf die Vorderfläche 20 des retroreflektierenden Gegenstandes 10 in einem zweiten Winkel auftrifft, wird ein wesentlicher Teil des Lichts, das auf die ersten Bereiche 22 der Vorderfläche 20 in einem zweiten Winkel auftrifft, durch die ersten Bereiche 22 auf der Vorderfläche 20 zu den Separationsbereichen 34 auf der Rückfläche 30 durchgelassen. Zwischen den ersten und zweiten Winkeln liegt ein Bereich von Einfallswinkeln, wobei ein Anteil des Lichts, das durch die ersten Flächen 22 durchgelassen wird, auf die retroreflektierenden Bereiche 32 auftrifft und ein Teil des Lichts, das durch die ersten Flächen 22 durchgelassen wird, auf die Separationsbereiche 34 auftrifft.
Eine andere Ausführungsform eines retroreflektierenden Gegenstandes gemäß der vorliegenden Erfindung ist in den 2 und 3 veranschaulicht. Der hier gezeigte retroreflektierende Gegenstand 110 enthält eine Vorderfläche 120 und eine Rückfläche 130. Die Vorderfläche 120 enthält vorzugsweise durchlässige erste Bereiche 122 und zweite Bereiche 124, die in dieser Ausführungs form im Wesentlichen das gesamte auf sie einfallende Licht absorbieren. Die Rückfläche 130 des retroreflektierenden Gegenstandes 110 enthält sowohl retroreflektierende Bereiche 132a–132d (zusammen als "retroreflektierende Bereiche 132" bezeichnet) als auch Separationsbereiche 134a–134d (zusammen als "Separationsbereiche 134" bezeichnet). Die retroreflektierenden Bereiche 132 und die Separationsbereiche 134 sind vorzugsweise in Säulen angeordnet, die allgemein auf die Achse 112 ausgerichtet sind (siehe 2).
Die retroreflektierenden Bereiche 132 enthalten vorzugsweise mehrere retroreflektierende Strukturen 136. Die bevorzugten retroreflektierenden Strukturen 136 sind Würfeleckenelemente, obgleich es sich versteht, dass die retroreflektierenden Bereiche 132 auch andere retroreflektierende Strukturen enthalten können, einschließlich beispielsweise retroreflektierende Perlen oder Kugeln, konische retroreflektierende Elemente und Kombinationen aus verschiedenen retroreflektierenden Strukturen.
Die Separationsbereiche 134 in dem retroreflektierenden Gegenstand 110 sind vorzugsweise entweder durchlässig oder absorbierend, dergestalt, dass Licht, das von der Vorderfläche 120 auf die Separationsbereiche 134 auftrifft, entweder den Gegenstand 110 verlässt oder absorbiert wird. Das Resultat von entweder durchlässigen oder absorbierenden Separationsbereichen 134 ist, dass im Fall von Licht, das auf einen durchlässigen ersten Bereich 122 auf der Vorderfläche 120 auftrifft, der retroreflektierende Gegenstand 110 nur dann rückstrahlen würde, wenn das Licht in einem solchen Winkel einstrahlt, dass es auf einen der retroreflektierenden Bereiche 132 auf der Rückfläche 130 auftrifft. In jenen Fällen, wo das Licht in einem solchen Winkel einstrahlt, dass im Wesentlichen das gesamte Licht durch die ersten Bereiche 122 zu einem der Separationsbereiche 134 auf der Rückfläche 130 durchgelassen wird, würde der Gegenstand 110 nicht rückstrahlen. Licht, das auf die zweiten Bereiche 124 der Vorderfläche auftrifft, würde absorbiert werden, ohne dass ein Anteil des Lichts durchgelassen werden würde.
3 zeigt eine Reihe von Strahlen 140, 150, 160 und 170, um die Funktionsweise der Erfindung zu veranschaulichen. Die Brechung des Lichts, das durch die Vorderfläche 120 verläuft, wird für die Zwecke der folgenden Besprechung ignoriert.
Strahl 140 strahlt auf die Vorderfläche 120 des retroreflektierenden Gegenstandes 110 parallel zu der senkrechten Achse 114 ein. Der Strahl 140 wird durch den ersten Bereich 122 durchgelassen und trifft auf den retroreflektierenden Bereich 132a auf der Rückfläche 130 auf, wo er erneut zurückgeworfen wird.
Der Strahl 150 trifft auf den ersten Bereich 122 auf der Vorderfläche 120 in einem Winkel ϕ relativ zur senkrechten Achse 114 auf, wo er zu dem retroreflektierenden Bereich 132b auf der Rückfläche 130 durchgelassen wird. Der Strahl 150 wird dann durch den ersten Bereich 122 auf der Vorderfläche 120 des retroreflektierenden Gegenstandes 110 zurückgeworfen.
Der Strahl 160 trifft auf den ersten Bereich 122 in einem Winkel θ relativ zur senkrechten Achse 114 auf und wird durch den ersten Bereich 122 in Richtung des retroreflektierenden Bereichs 132c auf der Rückfläche 130 durchgelassen, wo er erneut zurückgestrahlt wird.
Der Strahl 170 trifft auf einen der zweiten Bereiche 124 auf der Vorderfläche 120 auf, wo er dergestalt absorbiert wird, dass im Wesentlichen keinerlei Licht auf dem Weg, den das Licht nahm, als es auf den retro reflektierenden Gegenstand 110 einstrahlte, zurückgeworfen wird.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung veranschaulicht Strahl 140 eine Retroreflexion der "Ordnung null", d. h. eine Retroreflexion von dem retroreflektierenden Bereich 132a, der sich direkt gegenüber des ersten Bereichs 122 entlang der senkrechten Achse 114 befindet. Der Strahl 150 veranschaulicht eine Retroreflexion der "ersten Ordnung", d. h. eine Retroreflexion von einem retroreflektierenden Bereich 132b, der von dem retroreflektierenden Bereich 132a, der sich direkt gegenüber des ersten Bereichs 122 befindet, um Eins versetzt ist. In ähnlicher Weise veranschaulicht Strahl 160 eine Retroreflexion der "zweiten Ordnung", d. h. eine Retroreflexion von einem retroreflektierenden Bereich 132c, der von dem retroreflektierenden Bereich 132a, der sich direkt gegenüber des ersten Bereichs 122 befindet, um Zwei versetzt ist. Es ist zu erkennen, dass, wenn die Einfallswinkel der Strahlen dem absoluten Wert nach größer wären (relativ zur senkrechten Achse 114), oder wenn der Abstand zwischen der Vorderfläche 120 und der Rückfläche 130 größer wäre, das Licht schließlich zu dem retroreflektierenden Bereich 132d gelangen könnte, der von dem retroreflektierenden Bereich 132a um Drei versetzt ist. Eine solche Retroreflexion würde im vorliegenden Text eine Retroreflexion der "dritten Ordnung" genannt werden. Dieses Konzept kann natürlich auch auf Retroreflexionen der vierten, fünften, sechsten usw. Ordnung ausgedehnt werden, indem eine Reihe von Veränderungen vorgenommen werden, wie beispielsweise bei den Brechungsindizes, Abstand zwischen den Bereichen, Abstand zwischen Vorder- und Rückfläche usw.
Aus der obigen Besprechung des Gegenstands 110 ist zu ersehen, dass das Licht, wenn es durch eine Reihe von Einfallswinkeln geschwenkt wird, in bestimmten Winkeln – und keinen anderen Winkeln – zurückgestrahlt wird und dass diese Bedingungen durch den Bereich von Winkeln hindurch alternieren. Das Endresultat ist, dass, wenn die Lichtquelle und der retroreflektierende Gegenstand 110 sich dergestalt relativ zueinander bewegen, dass der Lichteinfallswinkel auf der Vorderfläche 120 sich ändert, der Gegenstand 110 eine modulierende oder blinkende Retroreflexion erzeugen würde.
Eine weitere Variation auf dem retroreflektierenden Gegenstand 110 ist, dass das Verschieben der räumlichen Beziehung zwischen den Bereichen auf der Vorderfläche 120 und der Rückfläche 130 eine Änderung der Winkel herbeiführt, mit denen der retroreflektierende Gegenstand 110 Licht zurückstrahlt. Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform sind die Mitten der retroreflektierenden Bereiche 132 auf die Mitten der ersten Bereiche 122 ausgerichtet. Es versteht sich, dass es möglich wäre, das Muster der retroreflektierenden Bereiche 132 und der Separationsbereiche 134 auf der Rückfläche 130 relativ zu den ersten und zweiten Bereichen 122, 124 auf der Vorderfläche zu verschieben, und dass eine solche Variation die Winkel beeinflussen würde, mit denen einfallendes Licht durch den retroreflektierenden Gegenstand 110 zurückgestrahlt oder nicht zurückgestrahlt werden würde.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines retroreflektierenden Gegenstandes 210 gemäß der vorliegenden Erfindung. Der retroreflektierende Gegenstand 210 enthält eine Vorderfläche 220 und eine Rückfläche 230. Die Vorderfläche 220 des Gegenstandes 210 enthält erste Bereiche 222 und zweite Bereiche 224. Bei dieser Ausführungsform lassen die ersten Bereiche 222 spiegelnd einen wesentlichen Teil des einfallenden Lichts passieren, während die zweiten Bereiche 224 Licht diffus passieren lassen. Die ersten Bereiche 222 und zweiten Bereiche 224 sind vorzugsweise allgemein säulenförmig und sind als ein sich wiederholendes Muster ausgebildet.
Die Rückfläche 230 des retroreflektierenden Gegenstandes 210 enthält retroreflektierende Bereiche 232 und Separationsbereiche 234. Die retroreflektierenden Bereiche 232 und die Separationsbereiche 234 sind vorzugsweise als Säulen angeordnet, die allgemein auf die Achse 212 ausgerichtet sind.
Die Separationsbereiche 234 in dem retroreflektierenden Gegenstand 210 sind vorzugsweise entweder durchlässig oder absorbierend, dergestalt, dass Licht, das von der Vorderfläche 220 auf die Separationsbereiche 234 auftrifft, entweder den Gegenstand 210 verlässt oder absorbiert wird. Das Resultat von entweder durchlässigen oder absorbierenden Separationsbereichen 234 ist, dass im Fall von Licht, das auf einen durchlässigen ersten Bereich 222 auf der Vorderfläche 220 auftrifft, der retroreflektierende Gegenstand 210 nur dann rückstrahlen würde, wenn das Licht in einem solchen Winkel einstrahlt, dass es auf einen der retroreflektierenden Bereiche 232 auf der Rückfläche 230 auftrifft. In jenen Fällen, wo das Licht in einem solchen Winkel einstrahlt, dass im Wesentlichen das gesamte Licht durch die ersten Bereiche 222 zu einem der Separationsbereiche 234 auf der Rückfläche 230 durchgelassen wird, würde der Gegenstand 210 nicht rückstrahlen.
Licht, das auf die zweiten Bereiche 224 der Vorderfläche auftrifft, würde zwar durchgelassen werden, jedoch nur diffus. Infolge dessen würde, obgleich ein Teil jenes Lichts auf die retroreflektierenden Bereiche 232 aufträfe, jener Anteil normalerweise zu dem diffus durchlässigen zweiten Bereich 224 zurückgestrahlt werden, wo es erneut diffus durchgelassen werden würde. Das Endergebnis ist, dass allenfalls nur wenig von dem Licht, das durch die zweiten Bereiche 224 durchgelassen wird, von dem Gegenstand 210 zurückgestrahlt werden würde.
4 zeigt Strahlen 240, 250 und 260, um die Funktionsweise des retroreflektierenden Gegenstandes 210 zu veranschaulichen. Die Brechung des Lichts, das durch die Vorderfläche 220 verläuft, wird für die Zwecke der folgenden Besprechung ignoriert.
Strahl 240 strahlt auf die Vorderfläche 220 des retroreflektierenden Gegenstandes 210 in einem Winkel α relativ zu der senkrechten Achse 214 ein. Der Strahl 240 wird durch den ersten Bereich 222 durchgelassen und trifft auf einen der retroreflektierenden Bereiche 232 auf der Rückfläche 230 auf, wo er erneut zurückgeworfen wird.
Der Strahl 250 trifft auf den ersten Bereich 222 der Vorderfläche 220 in einem Winkel β relativ zur senkrechten Achse 214 auf, wo er zu einem der Separationsbereiche 234 auf der Rückfläche 230 durchgelassen wird. Der Strahl 250 wird durch die Separationsfläche 234 wie dargestellt durchgelassen und wird somit nicht zur Vorderfläche 220 zurückgeworfen.
Der Strahl 260 trifft auf einen der zweiten Bereiche 224 auf der Vorderfläche 220 auf, wo er dergestalt diffus durchgelassen wird, dass im Wesentlichen keinerlei Licht auf dem Weg, den das Licht nahm, als es auf den retroreflektierenden Gegenstand 210 einstrahlte, zurückgeworfen wird.
Aus der obigen Besprechung des Gegenstands 210 und der repräsentativen Lichtstrahlen ist zu ersehen, dass das Licht, wenn es durch eine Reihe von Einfallswinkeln geschwenkt wird, in bestimmten Winkeln – und keinen anderen Winkeln – zurückgestrahlt wird und dass diese Bedingungen durch den Bereich von Winkeln hindurch alternieren. Das Endresultat ist, dass, wenn die Lichtquelle und der retroreflektierende Gegenstand 210 sich dergestalt relativ zueinander bewegen, dass der Lichteinfallswinkel auf der Vorderfläche 220 sich ändert, der Gegenstand 210 eine modulierende oder blinkende Retroreflexion erzeugen würde.
Der retroreflektierende Gegenstand 210 von 4 weist noch eine weitere Beziehung zwischen den ersten und zweiten Bereichen 222, 224 auf der Vorderfläche 220 und den retroreflektierenden Bereichen 232 und den Separationsbereichen 234 auf der Rückfläche 230 auf: dass nämlich der retroreflektierende Gegenstand 210 einen gleichen Abstand zwischen den unterschiedlichen Bereichen auf jeder der beiden Flächen aufweist. Der Abstand ist durch die Breite der unterschiedlichen Bereiche auf jeder der beiden Flächen 220 und 230 gegeben. Jedes Paar benachbarter erster und zweiter Flächen 222, 224 repräsentiert eine Gruppe auf der Vorderfläche 220 mit einer Breite w₁, die den Abstand der Vorderfläche 220 definiert. Der Abstand der Rückfläche 230 ist durch die Breite w₂ definiert, welche die Breite eines der retroreflektierenden Bereiche 232, kombiniert mit der Breite eines benachbarten Separationsbereichs 234, enthält.
Es versteht sich, dass insbesondere im Hinblick auf die Vorderfläche 220 der Abstand, der durch die Breite der ersten und zweiten Bereiche 222, 224 definiert ist, groß genug sein muss, dass die Beugungseffekte einer solchen Struktur nicht die optischen Charakteristika des retroreflektierenden Gegenstandes 210 dominieren.
Die 5a–5c veranschaulichen die Auswirkungen eines Abstandsunterschiedes zwischen der Vorderfläche 320 und der Rückfläche 330 für einen retroreflektierenden Gegenstand 310, wobei w₁' ungleich w₂' (siehe 5a). 5a veranschaulicht die Auswirkung auf senkrecht einfallendes Licht, während die 5b und 5c die Auswirkungen auf Licht veranschaulichen, das in Winkeln ε bzw. ϕ, die von der senkrechten Achse abweichen, einfällt. Über den gezeigten Abschnitt des Gegenstandes 310 hinweg enthält die Vorderfläche 320 sechs Paare erster und zweiter Bereiche 322, 324. Jedes Paar erster und zweiter Bereiche 322, 324 wird als eine Vorderzelle 326 bezeichnet. Infolge dessen enthält die Vorderfläche 320 sechs Vorderzellen 326a–326f (gemeinsam als Vorderzellen 326 bezeichnet). Die Rückfläche 330 enthält nur fünf Paare retroreflektierender Bereiche 332 und Separationsbereiche 334 (wobei für die Zwecke dieser Besprechung angenommen wird, dass diese im Wesentlichen alles Licht, das auf sie auftrifft, absorbieren). Jedes Paar retroreflektierender Bereiche 332 und Separationsbereiche 334 wird als eine Rückzelle 336 bezeichnet. Infolge dessen enthält die Rückfläche 330 fünf Rückzellen 336a–336e (gemeinsam als Rückzellen 336 bezeichnet).
Die retroreflektierenden Bereiche 332 oben und unten auf dem dargestellten Gegenstand 310 sind entlang der senkrechten Achse 314 auf die ersten Bereiche 322 oben und unten auf dem dargestellten retroreflektierenden Gegenstand 310 ausgerichtet, wobei die dazwischenliegenden retroreflektierenden Bereiche 332 nicht auf die ersten Bereiche 322 auf der Vorderfläche 320 ausgerichtet sind. Bei Gegenständen, die ein Abstands-Nichtübereinstimmungsverhältnis w₁' : w₂' aufweisen, das näher bei Eins liegt, als in den 5a–5c dargestellt ist, könnte eine weit größere Zahl an Vorderzellen 326 und Rückzellen 336 vorhanden sein, zwischen denen die ersten Bereiche 322 auf der Vorderfläche 320 entlang der senkrechten Achse 314 auf die retroreflektierenden Bereiche 332 auf der Rückfläche 330 ausgerichtet sind. Aus Gründen der Einfachheit ist in den 5a–5c eine Abstands-Nichtübereinstimmung von nur 6 : 5 dargestellt, um die Prinzipien zu erklären, die auch für bedeutend kleinere Abstands-Nichtübereinstimmungen gelten würden, d. h. wo das Verhältnis sich Eins nähert (beispielsweise ein Verhältnis von Vorder- zu Rückzellen von 1001 : 1000), und wo die Anzahl der Zellen auf der Vorderfläche kleiner ist als die Anzahl der Zellen auf der Rückfläche. Unabhängig davon versteht es sich jedoch, dass die nachstehend beschriebenen Effekte ebenso über große Bereiche mikrostrukturierter retroreflektierender Gegenstände, die gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung aufgebaut sind, hinweg gelten.
Bei senkrecht einfallendem Licht, wie in 5a veranschaulicht, wird im Wesentlichen alles Licht, das auf den ersten Bereich 322 der obersten Vorderzelle 326a auftrifft, zu dem retroreflektierenden Bereich 332a durchgelassen, und im Wesentlichen alles Licht, das auf den ersten Bereich 322 der untersten Vorderzelle 326f auftrifft, wird zu dem unteren retroreflektierenden Bereich 332e durchgelassen. Infolge dessen wird im Wesentlichen alles senkrecht einfallende Licht, das auf die ersten Bereiche 322a und 322f auftrifft, zurückgestrahlt.
Nur ein Teil des senkrecht einfallende Lichts, das auf die ersten Bereiche 322b und 322e auftrifft, wird zu den retroreflektierenden Bereichen 332b bzw. 332d durchgelassen, und nur ein Teil dieses Lichts wird zu den jeweiligen ersten Bereichen zurückgestrahlt. Infolge dessen wird nur ein Teil des senkrecht einfallenden Lichts, das auf die ersten Bereiche 322b und 322e auftrifft, zurückgestrahlt. Es wird im Wesentlichen keinerlei senkrecht einfallendes Licht, das auf die beiden mittleren ersten Bereiche 322c und 322d auftrifft, zu einem der retroreflektierenden Bereiche 332 durchgelassen. Infolge dessen wird im Wesentlichen keinerlei senkrecht einfallendes Licht, das auf die ersten Bereiche 322c und 322d auftrifft, zurückgestrahlt.
Wie am besten in 5aa zu sehen, ist der visuelle Eindruck für einen Betrachter, der auf die Vorderfläche 320 des retroreflektierenden Gegenstandes 310 entlang seiner senkrechten Achse blickt, das Erscheinungsbild zweier heller Bänder einer Retroreflexion oben und unten auf dem Gegenstand 310, die der Position der Vorderzellen 326a und 326f entsprechen. Diese hellen Retroreflexionsbänder sind in 5aa in Weiß (d. h. nicht-schattiert) dargestellt. In Richtung zur Mitte des Gegenstandes 310 hin erscheinen neben den beiden hellen Retroreflexionsbändern zwei weniger helle Bänder, wobei diese Bereiche mit geringerer Helligkeit den Vorderzellen 326b und 326e entsprechen. Diese Zwischenhelligkeitsbänder oder weniger hellen Bänder sind in 5aa überkreuz schraffiert. In der Mitte des retroreflektierenden Gegenstandes 310 (was den Vorderzellen 326c und 326d entspricht) sieht der Betrachter kein zurückgeworfenes Licht, d. h. dieser Bereich des Gegenstandes 310 erscheint dunkel. Die Zellen ohne Retroreflexion sind in 5aa in Vollschwarz dargestellt.
5b veranschaulicht die Auswirkung des retroreflektierenden Gegenstandes 310 auf Licht, das in einem Winkel ε relativ zur senkrechten Achse 314 des retroreflektierenden Gegenstandes 310 auf die Vorderfläche 320 auftrifft. Nur ein Anteil des Lichts, das in dem Winkel ε auf die ersten Bereiche 322a, 322d und 322f auftrifft, wird zu den retroreflektierenden Bereichen 332a, 332c bzw. 332e durchgelassen. Infolge dessen wird nur ein Teil des Lichts, das in dem Winkel ε auf die ersten Bereiche 322a, 322d und 322f auftrifft, zurückgestrahlt. Es wird im Wesentlichen keinerlei Licht, das in dem Winkel ε auf die ersten Bereiche 322b und 322c auftrifft, zu einem retroreflektierenden Bereich 332 durchgelassen. Infolge dessen wird im Wesentlichen keinerlei Licht, das in dem Winkel ε auf die ersten Bereiche 322b und 322c auftrifft, zurückgestrahlt. Es wird im Wesentlichen das gesamte Licht, das in dem Winkel ε auf den ersten Bereich 322e auftrifft, zu dem retroreflektierenden Bereich 332d durchgelassen. Infolge dessen wird im Wesentlichen das gesamte Licht, das in dem Winkel ε auf den ersten Bereich 322e auftrifft, zurückgestrahlt.
Wie am besten in 5bb zu sehen, ist der visuelle Eindruck für einen Betrachter, der auf die Vorderfläche 320 des retroreflektierenden Gegenstandes 310 in einem Winkel ε relativ zu der senkrechten Achse 314 blickt, das Erscheinungsbild eines einzelnen hellen Bandes einer Retroreflexion, das allgemein der Position der Vorderzelle 326e entspricht. Dieses helle Retroreflexionsband ist in 5bb in Weiß (d. h. nicht-schattiert) dargestellt. Die Bereiche, die allgemein den Vorderzellen 326a, 326d und 326f entsprechen, erscheinen im Verhältnis zu dem von der Vorderzelle 326e vollständig zurückgestrahlten Licht als Bänder von geringerer Helligkeit. Diese Zwischenhelligkeitsbänder oder weniger hellen Bänder sind in 5bb überkreuz schraffiert. Die Vorderzellen 326b und 326c werfen im Wesentlichen keinerlei Licht zurück, das in dem Winkel ε auf den Gegenstand 310 auftrifft, so dass jener Bereich des Gegenstandes 310 für einen Betrachter, der in diesem Winkel auf den Gegenstand 310 blickt, dunkel erscheint. Die Zellen ohne Retroreflexion sind in 5bb in Vollschwarz dargestellt.
5c veranschaulicht die Auswirkung des retroreflektierenden Gegenstandes 310 auf Licht, das in einem Winkel ϕ relativ zur senkrechten Achse 314 des retroreflektierenden Gegenstandes 310 auf die Vorderfläche 320 auftrifft, wobei der absolute Wert von ϕ größer ist als der absolute Wert des Winkels ε aus 5b. Es wird im Wesentlichen das gesamte Licht, das in dem Winkel ϕ auf den ersten Bereich 322d auftrifft, zu dem retroreflektierenden Bereich 332c durchgelassen. Infolge dessen wird im Wesentlichen das gesamte Licht, das in diesem Winkel auf den ersten Bereich 322d auftrifft, zurückgestrahlt. Nur ein Anteil des Lichts, das in dem Winkel ϕ auf die ersten Bereiche 322c und 322e auftrifft, wird zu den retroreflektierenden Bereichen 332b bzw. 332d durchgelassen. Infolge dessen wird nur ein Teil des Lichts, das in dem Winkel ϕ auf die ersten Bereiche 322c und 322e auftrifft, zurückgestrahlt. Es wird im Wesentlichen keinerlei Licht, das in dem Winkel ϕ auf die ersten Bereiche 322a, 322b und 322f auftrifft, zu einem retroreflektierenden Bereich 332 durchgelassen. Infolge dessen wird im Wesentlichen keinerlei Licht, das in dem Winkel ϕ auf die ersten Bereiche 322a, 322b und 322f auftrifft, zurückgestrahlt.
Wie am besten in 5cc zu sehen, ist der visuelle Eindruck für einen Betrachter, der auf die Vorderfläche 320 des retroreflektierenden Gegenstandes 310 in einem Winkel ϕ relativ zu einer senkrechten Achse blickt, das Erscheinungsbild eines einzelnen hellen Bandes einer Retroreflexion, das allgemein der Position der Vorderzelle 326d entspricht. Dieses helle Retroreflexionsband ist in 5cc in Weiß (d. h. nicht-schattiert) dargestellt. Die Bereiche, die allgemein den Vorderzellen 326c und 326e entsprechen, erscheinen im Verhältnis zu dem von der Vorderzelle 326d vollständig zurückgestrahlten Licht als Bänder von geringerer Helligkeit. Diese Zwischenhelligkeitsbänder oder weniger hellen Bänder sind in 5cc überkreuz schraffiert. Die Vorderzellen 326a, 326b und 326f werfen im Wesentlichen keinerlei Licht zurück, das in dem Winkel ϕ auf den Gegenstand 310 auftrifft, so dass jene Bereiche des Gegenstandes 310 für einen Betrachter, der in diesem Winkel auf den Gegenstand 310 blickt, dunkel erscheint. Die Zellen ohne Retroreflexion sind in 5cc in Vollschwarz dargestellt.
Eine Analyse der Auswirkungen auf Licht, das in den verschiedenen in 5a–5c und 5aa–5cc gezeigten Winkeln auftrifft, zeigt, dass ein Vergrößern des Einfallswinkels (im absoluten Sinn) von der Senkrechten zu einem Winkel ε und dann zu einem Winkel ϕ bewirkt, dass sich das untere Helligkeitsband, das allgemein der Vorderzelle 326f in den 5a und 5aa entspricht, aufwärts zur Vorderzelle 326e in den 5b und 5bb verschiebt. Dieses Retroreflexionsband verschiebt sich weiter aufwärts zur Vorderzelle 326d in den 5c und 5cc. Diese Relativbewegung kann bei einigen Anwendungen nützlich sein, wo die Helligkeitsbereiche sich scheinbar relativ zu beispielsweise dem Lenker eines Fahrzeugs bewegen können, das an dem retroreflektierenden Gegenstand 310 vorbeifährt, weil dieses Vorbeifahren bewirkt, dass sich der Einfallswinkel des Lichts von den Fahrzeugscheinwerfern wie auch der Beobachter (d. h. der Fahrzeuglenker) relativ zur senkrechten Achse des retroreflektierenden Gegenstandes 310 bewegt.
Es kann von Nutzen sein, einen Bereich 340 (siehe 5aa–5cc) vorzusehen, der Licht zurückstrahlt, das in einem breiten Bereich von Winkeln (einschließlich senkrecht einfallendem Licht und Licht, das in den Winkeln ε und ϕ einfällt) auf den retroreflektierenden Gegenstand 310 einstrahlt. Der retroreflektierende Bereich 340 kann einen Bezugsrahmen für das Licht bilden, das von den Vorderzellen 326 zurückgestrahlt wird. Dieser Bezugsrahmen hilft einem Betrachter, die sich verschiebende Retroreflexion von den Vorderzellen 326 des retroreflektierenden Gegenstandes 310 wahrzunehmen.
Es versteht sich, dass, wie im vorliegenden Text beschrieben, die Breite der verschiedenen Elemente auf den retroreflektierenden Gegenständen 210 und 310 im Wesentlichen quer zu der Achse gemessen wird, entlang der die vorzugsweise säulenförmigen ersten und zweiten Bereiche, retroreflektierenden Bereiche und Separationsbereiche allgemein ausgerichtet sind.
Obgleich die Separationsbereiche 334 in dem retroreflektierenden Gegenstand 310 oben als absorbierend beschrieben sind, versteht es sich, dass die Se parationsbereiche stattdessen auch andere optische Charakteristika haben können. Wenn beispielsweise die Separationsbereiche 334 durchlässig sind, so können die ersten Bereiche 322, die alles oder einen Teil des auf sie auftreffenden Lichts zu den Separationsbereichen 334 durchlassen, im Vergleich zu den ersten Bereichen 322, die im Wesentlichen alles auftreffende Licht zu einem der retroreflektierenden Bereiche 332 durchlassen, dunkel oder von geringerer Helligkeit erscheinen. Alternativ können die durchlässigen Bereiche es gestatten, eine Fläche oder ein Bild zu betrachten, die bzw. das in unmittelbarer Nähe zur Rückfläche 330 des retroreflektierenden Gegenstandes 310 angeordnet ist.
Bei einer weiteren Variation können die Retroreflexionsbänder, die von den retroreflektierenden Bereichen 332 durch erste Bereiche 322 hindurch zurückgeworfen werden, durch Bänder, die eine andere Farbe zurückstrahlen, getrennt sein, wobei die Separationsbereiche 334 retroreflektierende Strukturen enthalten, die Licht zurückstrahlen, das sich in einer oder mehreren optischen Charakteristika von dem Licht unterscheidet, das von den retroreflektierenden Bereichen 332 zurückgestrahlt wird, wie oben besprochen.
Die 6–8 zeigen eine weitere Ausführungsform von retroreflektierenden Gegenständen gemäß der vorliegenden Erfindung. Der retroreflektierende Gegenstand 410 enthält eine Vorderfläche 420 und eine Rückfläche 430. Die verschiedenen oben beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung enthalten erste und zweite Bereiche auf ihren Vorderflächen, wenn unterschiedliche Durchlässigkeitseigenschaften der Bereiche auf der Vorderfläche für die Funktion des retroreflektierenden Gegenstandes wichtig sind. Der retroreflektierende Gegenstand 410 basiert jedoch auf unterschiedlichen reflektierenden Eigenschaften der Bereiche auf der Vorderfläche 420 und einer Rückfläche 430, die retroreflektierende Bereiche 432 und Separationsbereiche 434 enthält, um eine modulierende Retroreflexion zu erzeugen.
Licht trifft auf den retroreflektierenden Gegenstand 410 durch ein optisches Fenster 414 auf, das vorzugsweise im Wesentlichen durchlässig ist. Die Vorder- und Rückflächen 420 bzw. 430 sind vorzugsweise allgemein planar. Die Vorder- und Rückflächen 420 bzw. 430 sind des Weiteren vorzugsweise allgemein parallel zueinander. Außerdem erstreckt sich die Endfläche 415 vorzugsweise im Wesentlichen zwischen den Vorder- und Rückflächen 420 bzw. 430.
Die Vorderfläche 420 enthält erste Bereiche 422, die vorzugsweise große Teile des auf die auftreffenden Lichts reflektieren, und zweite Bereiche 424, die wesentlich weniger auf sie auftreffendes Licht reflektieren, als von den ersten Bereichen 422 reflektiert wird. Die optischen Eigenschaften der ersten und zweiten Bereiche 422, 424 können sich in einem oder mehreren folgenden Aspekten voneinander unterscheiden: Absorption, Reflexion, teilweise Reflexion, Retroreflexion, Reflexionswinkel, Durchlässigkeit, Farbe, Polarisation usw.
Die retroreflektierenden Bereiche 432 enthalten vorzugsweise mehrere retroreflektierende Strukturen, in der Regel Würfeleckenelemente, obgleich es sich versteht, dass die retroreflektierenden Bereiche 432 auch andere retroreflektierende Strukturen enthalten können, wie beispielsweise retroreflektierende Perlen oder Kugeln, konische retroreflektierende Strukturen und andere retroreflektierende Strukturen. Die Separationsbereiche 434 können eine Vielfalt an optischen Effekten erzeugen, wie weiter unten detailliert beschrieben wird. Der bevorzugte retroreflektierende Gegenstand 410 enthält jedoch reflektierende Separationsbereiche 434.
Es ist bevorzugt, aber nicht erforderlich, dass die ersten und zweiten Bereiche 422, 424 in Säulen angeordnet sind, die allgemein auf die Achse 412 ausgerichtet sind. Die retroreflektierenden Bereiche 432 und die Separationsbereiche 434 auf der Rückfläche 430 sind ebenfalls vorzugsweise in Säulen angeordnet, die allgemein auf die Achse 412 ausgerichtet sind.
Die 7 und 7a veranschaulichen die Wege zweier Lichtstrahlen 440 und 460, die durch ein optisches Fenster 414 auf den retroreflektierenden Gegenstand 410 einstrahlen. Bei dieser Ausführungsform sind die Separationsbereiche 434 vorzugsweise spiegelnd reflektierend.
Der Strahl 440 trifft auf den retroreflektierenden Gegenstand 410 durch ein optisches Fenster 414 auf, wo er in Richtung eines der reflektierenden ersten Bereiche 422 durchgelassen wird. Von dem ersten Bereich 422 wird der Strahl 440 spiegelnd in Richtung eines der Separationsbereiche 434 reflektiert. Am Separationsbereich 434 wird der Strahl 440 (entweder durch vollständige innere Reflexion oder mit einem reflektierenden Material) in Richtung der Endfläche 415 des retroreflektierenden Gegenstandes 410 reflektiert.
Die Endfläche 415 in dem retroreflektierenden Gegenstand 410 ist vorzugsweise retroreflektierend, d. h. sie strahlt auf sie auftreffendes Licht zurück. Infolge dessen wird der Strahl 440 von der Endfläche 415 in Richtung des Separationsbereichs 434 zurückgestrahlt, wo er in Richtung des ersten Bereichs 422 auf der Vorderfläche 420 zurückgeworfen wird. An der ersten Fläche 422 wird der Strahl 440 in Richtung des optischen Fensters 414 zurückgeworfen, wo er von dem retroreflektierenden Gegenstand 410 zurückgestrahlt wird.
Der Strahl 460 strahlt auf den retroreflektierenden Gegenstand 410 am Punkt 470 an dem optischen Fenster 414 ein, wo er in Richtung eines der reflektierenden ersten Bereiche 422 auf der Vorderfläche 420 durchgelassen wird. Von dem ersten Bereich 422 wird der Strahl 460 spiegelnd in Richtung eines der retroreflektierenden Bereiche 432 auf der Rückfläche 430 reflektiert. Infolge dessen wird der Strahl 460 in Richtung des ersten Bereichs 422 auf der Vorderfläche 420 zurückgestrahlt. An der Vorderfläche 420 wird der Strahl 460 in Richtung des optischen Fensters 414 zurückgestrahlt, wo er den retroreflektierenden Gegenstand 410 verlässt und somit zurückgestrahlt wird. Weil der Strahl 460 zu einem der retroreflektierenden Bereiche 432 auf der Rückfläche 430 reflektiert wird, breitet er sich nicht bis zur Endfläche 415 aus wie der Strahl 440. Vielmehr wird der Strahl 460 von seinem Einfallspunkt auf dem retroreflektierenden Bereich 432 zurückgeworfen, wie in 7 und 7a zu sehen.
Bei dieser Ausführungsform kann ein Betrachter das Licht, das von den retroreflektierenden Bereichen 432 auf der Rückfläche 430 zurückgestrahlt wird, vorzugsweise von dem Licht unterscheiden, das von der Endfläche 415 des retroreflektierenden Gegenstandes 410 zurückgestrahlt wird. Ein Beispiel für einen Unterschied in der Retroreflexion ist eine Änderung der Helligkeit oder Intensität des Lichts, das von der Endfläche 415 zurückgestrahlt wird, im Vergleich zu dem Licht, das von den retroreflektierenden Bereichen 432 zurückgestrahlt wird. Ein anderes Beispiel für einen Unterschied in der Retroreflexion ist eine Änderung der Farbe des Lichts, das von der Endfläche 415 zurückgestrahlt wird, im Vergleich zu der Farbe des Lichts, das von den retroreflektierenden Bereichen 432 zurückgestrahlt wird. Weitere Variationen des zurückgestrahlten Lichts sind oben im Zusammenhang mit den retroreflektierenden Bereichen und Separationsbereichen auf anderen veranschaulichenden retroreflektierenden Gegenständen beschrieben.
Obgleich nicht gezeigt, versteht es sich, dass der gleiche Effekt erreicht werden könnte, wenn die Separationsbereiche 434 des retroreflektierenden Gegenstandes 410 in einer Weise retroreflektierend wären, die von der retroreflektierenden Art der retroreflektierenden Bereiche 432 unterschieden werden kann.
Bei einer anderen Variation könnten die Separationsbereiche 434 in dem retroreflektierenden Gegenstand 410 dergestalt durchlässig oder absorbierend sein, dass Licht, das von der Vorderfläche 420 auf Separationsbereiche 434 auftrifft, entweder den Gegenstand 410 durch die Rückfläche 430 hindurch verlässt oder absorbiert wird. Das Resultat von entweder durchlässigen oder absorbierenden Separationsbereichen 434 ist, dass der retroreflektierende Gegenstand 410 im Fall von Licht, das durch das Fenster 414 auf den Gegenstand 410 einstrahlt, für einen (nicht gezeigten) Betrachter, der das Fenster 414 des retroreflektierenden Gegenstandes 410 entlang oder nahe des Weges des einfallenden Lichts betrachtet, nur dann zurückstrahlen würde, wenn die reflektierende Vorderfläche 420 das einfallende Licht zu den retroreflektierenden Bereichen 432 reflektiert.
Der retroreflektierende Gegenstand 410 kann sich besonders zur Verwendung als Wegemarkierung eignen, d. h. als ein Objekt, das dafür konfiguriert ist, auf einer Straße Fahrspuren, Fußgängerüberwege usw. zu markieren. Es versteht sich jedoch, dass retroreflektierende Gegenstände, die denen ähneln, die in den 6–8 gezeigt sind, auch für andere Einsatzzwecke Verwendung finden können.
9 veranschaulicht eine weitere Variation bei retroreflektierenden Gegenständen gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei dem retroreflektierenden Gegenstand 510 sind die ersten Bereiche 522 und zweiten Bereiche 524 auf der Vorderfläche 520 in Säulen angeordnet, die allgemein entlang einer ersten Achse 512 ausgerichtet sind. Die Rückfläche 530 enthält vorzugsweise retroreflektierende Bereiche 532 und Separationsbereiche 534, die in alternierenden Säulen angeordnet sind, die allgemein auf eine zweite Achse 514 ausgerichtet sind. Die erste und die zweite Achse 512 bzw. 514 verlaufen nicht parallel zueinander.
Die optischen Effekte, die dadurch hervorgerufen werden, dass die ersten und zweiten Bereiche 522, 524 auf der Vorderfläche 520 achsenverschoben zu den retroreflektierenden Bereichen 532 und den Separationsbereichen 534 der Rückfläche 530 angeordnet sind, bestehen darin, dass der retroreflektierende Gegenstand 510 Bereiche aufweist, die Licht eines bestimmten Einfallswinkels zurückstrahlen, und Bereiche aufweist, die nicht zurückstrahlen (oder in einer unterscheidbaren Weise zurückstrahlen, wie oben beschrieben). Die Unterschiede sind darauf zurückzuführen, dass Licht entweder zu retroreflektierenden Bereichen oder zu den Separationsbereichen durchgelassen wird, was von der Beziehung zwischen den ersten und zweiten Bereichen 522, 524 auf der Vorderfläche 520 und den retroreflektierenden Bereichen und Separationsbereichen auf der Rückfläche 530 abhängt.
Eine weitere Variation in den retroreflektierenden Gegenständen gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 10 gezeigt, wo der retroreflektierende Gegenstand 610 Vorder- und Rückflächen 620 bzw. 630 enthält, die zueinander nicht parallel sind. Der optische Effekt, der dadurch entsteht, dass die Vorder- und Rückflächen 620 bzw. 630 nicht parallel zueinander angeordnet sind, ist, dass das Muster, das von der Vorderfläche 620 des retroreflektierenden Gegenstandes 610 zurückgestrahlt wird, als Moiré-Effekt erscheint. Wenn der Abstand der verschiedenen Bereiche sowohl auf der Vorderfläche 620 als auch auf der Rückfläche 630 gleich ist, so würde das beobachtete Licht zu einem retroreflektierenden Blinken zurückkehren, wenn die Vorder- und Rückflächen 620 bzw. 630 parallel zueinander ausgerichtet wären (unter der Annahme, dass das auf die Separationsbereiche auftreffende Licht nicht zu einem Beobachter zurückgeworfen wird, der sich entlang eines Weges auf oder nahe dem Weg des einfallenden Lichts befindet).
Die nicht-parallele Ausrichtung zwischen den ersten und den Rückflächen könnte mittels eines oder zweier separater Körper erreicht werden. Wenn die Flächen 620 und 630 auf einem einstückig ausgebildeten Körper, beispielsweise auf einem Stück Flachmaterial, angeordnet wären, so könnte ein Auslenken des Flachmaterials aus dem planaren Zustand zu einer Änderung des Rückstrahlungsmusters führen. Dieser Effekt könnte beispielsweise für Ausrichtungsmechanismen, Temperaturmessung, Druckmessung und andere Einsatzzwecke von Nutzen sein, wo ein Auslenken ein Anzeichen für eine Änderung einer physikalischen Eigenschaft ist.
11 zeigt einen weiteren retroreflektierenden Gegenstand 710 gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die relativen Breiten der retroreflektierenden Bereiche 732 und der Separationsbereiche 734 eine Auswirkung auf die optische Leistung des retroreflektierenden Gegenstandes 710 haben können. Die Breite der retroreflektierenden Bereiche und Separationsbereiche der bisher beschriebenen retroreflektierenden Gegenstände war im Wesentlichen gleich. Bei dem retroreflektierenden Gegenstand 710 ist die Breite w_rr der retroreflektierenden Bereiche 732 größer als die Breite w_s der Separationsbereiche 734, d. h. die retroreflektierenden Bereiche 732 nehmen einen größeren Teil der Oberfläche der Rückfläche 730 ein als die Separationsbereiche 734. Für die Zwecke der vorliegenden Besprechung ist die Breite w_f eines Paares benachbarter erster und zweiter Bereiche 722, 724 auf der Vorderfläche 720 im Wesentlichen gleich der Breite w_b eines benachbarten Paares aus einem retroreflektierenden Bereich 732 und einem Separationsbereich 734.
11 zeigt eine erste Gruppe von Strahlen 740a, 740b, 740c und 740d (gemeinsam als die "Strahlen 740" bezeichnet), die alle auf die Vorderfläche 720 des retroreflektierenden Gegenstandes 710 parallel zu der senkrechten Achse 780 einfallen. Die Strahlen 740a und 740b werden durch einen der durchlässigen ersten Bereiche 722 hindurch zu einem der retroreflektierenden Bereiche 732 auf der Rückfläche 730 des retroreflektierenden Gegenstandes 710 durchgelassen. Infolge dessen werden die Strahlen 740a und 740b auf im Wesentlichen dem gleichen Weg zurückgestrahlt, auf dem sie auf den Gegenstand 710 einstrahlten. Entlang dieses Einfallswinkels ist die optische Leistung des retroreflektierenden Gegenstandes 710 ähnlich wie bei vielen der oben beschriebenen retroreflektierenden Gegenstände. Die Strahlen 740c und 740d treffen auf einen der zweiten Bereiche 724 auf, wo sie – bei dieser Ausführungsform – absorbiert werden.
11 zeigt des Weiteren eine zweite Gruppe von Strahlen 750a, 750b, 750c und 750d (gemeinsam als die "Strahlen 750" bezeichnet), die auf die Vorderfläche 720 des retroreflektierenden Gegenstandes 710 in einem Winkel θ relativ zu der senkrechten Achse 780 des retroreflektierenden Gegenstandes 710 einfallen. Die Strahlen 750a und 750b strahlen auf den retroreflektierenden Gegenstand 710 durch einen der durchlässigen ersten Bereiche 722 in dem gleichen Winkel ein, aber sie werden nicht beide zu einem retroreflektierenden Bereich 732 durchgelassen. Vielmehr wird der Strahl 750a zu dem retroreflektierenden Bereich 732 durchgelassen, wie in 11 gezeigt, während der Strahl 750b zu dem Separationsbereich 734 durchgelassen und aus dem retroreflektierenden Gegenstand 710 heraus gelassen wird. Die Strahlen 750c und 750d treffen auf einen der zweiten Bereiche 724 auf, wo sie absorbiert werden. Infolge dessen wird eine verringerte Menge des Lichts, das in dem Winkel θ auf die Vorderfläche 720 des retroreflektierenden Gegenstandes 710 auftrifft, zurückgestrahlt.
Die Auswirkung des Variierens des prozentualen Anteils der Rückfläche, der von retroreflektierenden Bereichen im Vergleich zu Separationsbereichen eingenommen wird, ist in 12 grafisch veranschaulicht. Für die Zwecke des Vergleichs wird davon ausgegangen, dass Licht, das zu einem der Separationsbereiche durchgelassen wird, absorbiert, durchgelassen oder anderweitig dergestalt beeinflusst wird, dass es nicht zu einem Betrachter zurückgeworfen wird, der sich auf oder nahe dem Weg befindet, entlang dem das Licht auf den retroreflektierenden Gegenstand auftraf. Die horizontale Achse in 12 steht für verschiedene Einfallswinkel des auftreffenden Lichts, während die vertikale Achse für die Intensität des zurückgeworfenen Lichts steht.
Die Linie 760 in 12 stellt die optische Leistung eines retroreflektierenden Gegenstandes dar, bei dem die retroreflektierenden Bereiche im Wesentlichen die gleiche Breite haben wie die Separationsbereiche und bei dem der Abstand der Bereichsstrukturen auf der Vorderfläche des retroreflektierenden Gegenstandes im Wesentlichen gleich dem Abstand der retroreflektierenden Bereiche und Separationsbereiche auf der Rückfläche ist. Die Intensität des Lichts, das entlang dem Weg des einfallenden Lichts zurückgeworfen (d. h. zurückgestrahlt) wird, ist durch die Linie 760 dargestellt und variiert regelmäßig von einem Maximum zu Null in dem Maße, wie sich der Einfallswinkel des auftreffenden Lichts ändert.
Die Strichlinie 770 in 12 stellt die optische Leistung des retroreflektierenden Gegenstandes 710 dar, bei dem die retroreflektierenden Bereiche dreimal so breit sind wie die Separationsbereiche. Die Auswirkung auf die Intensität des einfallenden Lichts, das von dem Gegenstand 710 über einen Bereich von Einfallswinkeln zurückgestrahlt wird, ist schwankend. Infolge dessen würde der retroreflektierende Gegenstand 710 nicht zu blinken scheinen, wenn das einfallende Licht und ein mit diesem Licht verbundener Betrachter sich dem retroreflektierenden Gegenstand 710 in einem sich verändernden Winkel nähern würde (beispielsweise ein Fahrzeuglenker, der sich dem retroreflektierenden Gegenstand 710 nicht entlang der senkrechten Achse des Gegenstandes 710 nähert). Der retroreflektierende Gegenstand 710 würde vielmehr den Eindruck erwecken, in dem Maße zu modulieren, zu pulsieren oder in Intensität oder Helligkeit zu variieren, in dem sich der Einfallswinkel über den in 12 gezeigten Bereich von Winkeln hinweg ändert.
Anhand der 11 und 12 kann auch ein weiteres Merkmal der retroreflektierenden Gegenstände der vorliegenden Erfindung besprochen werden, nämlich die Fähigkeit, die Blinkrate der retroreflektierenden Gegenstände zu variieren. Wenn alle anderen Variablen zwischen zwei erfindungsgemäßen retroreflektierenden Gegenständen gleich sind, so weist der retroreflektierende Gegenstand, bei dem Vorder- und Rückfläche weiter auseinander liegen, eine höhere Blinkrate auf. Mit höherer Blinkrate ist gemeint, dass die Intensität des Lichts, das von einem "dickeren" retroreflektierenden Gegenstand zurückgeworfen wird, über einen bestimmten Bereich von Einfallswinkeln hinweg öfter den Maximalwert erreicht. In 12 liegen die Spitzen in den Linien 760 oder 770 im Fall eines dickeren retroreflektierenden Gegenstandes näher beieinander. Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung ist die Dicke eines retroreflektierenden Gegenstandes als der Abstand zwischen der Vorderfläche und der Rückfläche definiert und gilt somit für retrore flektierende Gegenstände, die in einem einzelnen Körper untergebracht sind, wie auch für jene, bei denen die erste und die Rückfläche auf separaten Körpern angeordnet sind.
13 zeigt eine weitere Ausführungsform eines retroreflektierenden Gegenstandes 910 gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die Vorderfläche 920 durchlässige erste Bereiche 922 und zweite Bereiche 924 enthält, die eine unterschiedliche Lichtmenge passieren lassen, beispielsweise sind die zweiten Bereiche 924 absorbierend, reflektierend usw. Ein weiteres Merkmal des retroreflektierenden Gegenstandes 910 ist, dass die Rückfläche 930 mehr als zwei unterschiedliche Bereiche enthält, die mehr als zwei unterschiedliche optische Eigenschaften aufweisen. Wie veranschaulicht, enthält der retroreflektierende Gegenstand 910 drei verschiedene retroreflektierende Bereiche 934a, 934b und 934c (zusammen als die "retroreflektierenden Bereiche 934" bezeichnet). Die verschiedenen retroreflektierenden Bereiche 934 weisen vorzugsweise unterschiedliche optische Charakteristika auf, wie beispielsweise verschiedene Farben, verschiedene Intensitäten usw. Die retroreflektierenden Bereiche 934 sind vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, über die Rückfläche 930 hinweg in einem sich wiederholenden Muster angeordnet. Es versteht sich, dass auch mehr als drei verschiedene retroreflektierende Bereiche 934 vorhanden sein können und dass die Rückfläche 930 auch Bereiche enthalten könnte, die in Kombination mit einem oder mehreren verschiedenen retroreflektierenden Bereichen durchlässig, absorbierend oder reflektierend (spiegelnd oder diffus) sein können.
So, wie das Licht, das durch die durchlässigen ersten Bereiche 922 hindurchgelassen wird, infolge sich ändernder Einfallswinkel seine Richtung ändert, fällt das Licht auf verschiedene retroreflektierende Bereiche 934 auf der Rückfläche 930, wodurch je nach den optischen Charakteristika des einen oder der mehreren retroreflektierende Bereiche 934, auf die das Licht auftrifft, verschiedene optische Effekte entstehen.
Es versteht sich, dass die retroreflektierenden Gegenstände gemäß der vorliegenden Erfindung die Form von Folien, Filmen und Körpern annehmen können, die eine Steifigkeit aufweisen, die sonst nicht mit Folien oder Filmen verbunden ist.
Retroreflektierende Gegenstände gemäß der vorliegenden Erfindung können durch Replizierung unter Verwendung von Formen gefertigt werden, die durch zahlreiche verschiedene Verfahren hergestellt werden, einschließlich jener, die gemeinhin als Stiftbündelung und maschinelle Direktbearbeitung bekannt sind. Formen, die mittels Stiftbündelung gefertigt werden, werden mittels einer Zusammenstellung einzelner Stifte hergestellt, von denen jeder einen Endabschnitt aufweist, der mit den gewünschten Merkmalen des retroreflektierenden Gegenstandes ausgebildet ist. Beispiele für Stiftbündelung sind beispielsweise im US-Patent Nr. 3,926,402 an Heenan und Mitarbeiter und in den britischen Patenten Nr. 423,464 und Nr. 441,319 an Leray beschrieben. Die Technik der maschinellen Direktbearbeitung, manchmal auch als Rasterung bezeichnet, beinhaltet das spanabhebende Bearbeiten von Abschnitten eines Substrats, dergestalt, dass ein Muster aus Rillen entsteht, die sich so überschneiden, das retroreflektierende Strukturen entstehen. Beispiele solcher Raster-, Form- und Frästechniken sind in den US-Patenten Nr. 3,712,706 (Stamm), Nr. 4,349,598 (White), Nr. 4,588,258 (Hoopman), Nr. 4,895,428 (Nelson und Mitarbeiter) und Nr. 4,938,563 (Nelson und Mitarbeiter) beschrieben. Obgleich die im vorliegenden Text beschriebenen retroreflektierenden Gegenstände der vorliegenden Erfindung im Allgemeinen mit Hilfe von Formen gefertigt werden, die mittels maschineller Direkt bearbeitung hergestellt wurden, versteht es sich, dass auch jedes andere geeignete Verfahren in Frage kommt.
Wegen der Empfindlichkeit der retroreflektierenden Gegenstände gegenüber Veränderungen beim Abstand zwischen der Vorder- und Rückfläche wird nun ein Verfahren zur Herstellung eines retroreflektierenden Gegenstandes 1010 (siehe 14) gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Der retroreflektierende Gegenstand 1010 enthält eine Vorderfläche 1020 mit verschiedenen Bereichen, wie beispielsweise ersten und zweiten Bereichen 1022 und 1024, wie oben beschrieben. Die Rückfläche 1030 der retroreflektierenden Gegenstände 1010 enthält mehrere retroreflektierende Bereiche 1032 und Separationsbereiche 1034.
Die retroreflektierenden Bereiche 1032 des retroreflektierenden Gegenstandes 1010 enthalten jeweils mehrere retroreflektierende Perlen 1040, die in einem Bindemittel 1042 angeordnet sind, das auf dem retroreflektierenden Gegenstand 1010 angehaftet ist. Die Perlen 1040 können auch teilweise in einer Distanzbeschichtung 1046 und einem reflektierenden Material 1048 eingekapselt sein, wie dem Fachmann allgemein bekannt ist. Das Bindemittel 1042 wird vorzugsweise mittels Lichtenergie, beispielsweise ultraviolettem Licht, ausgehärtet, wie allgemein bekannt ist. Somit können die retroreflektierenden Bereiche mittels Lichtenergie in dem weiter unten beschriebenen Verfahren mit dem richtigen Abstand hergestellt werden. Es wird nun ein Verfahren zur Herstellung eines retroreflektierenden Gegenstandes 1010 beschrieben.
Die Vorderfläche 1020 kann in einem geeigneten Körper 1012, wie beispielsweise einer Folie oder einem Film, ausgebildet sein, wobei die gegenüberliegende Fläche 1014 vorzugsweise glatt, d. h. planar, ist. Die gegenüberliegende Fläche 1014 wird dann im Wesentlichen über ihre gesamte Fläche hinweg mit einer Mischung aus retroreflektierenden Perlen 1040 und Bindemittellösung 1044 beschichtet (siehe 15). Dann wird Lichtenergie mit der richtigen Wellenlänge oder den richtigen Wellenlängen, die zum Aushärten der Bindemittellösung erforderlich sind, dergestalt auf die Vorderfläche 1020 gerichtet, dass die Lichtenergie durch den Körper 1012 hindurch zu den retroreflektierenden Bereichen 1032 auf dem fertigen retroreflektierenden Gegenstand 1010 durchgelassen wird (siehe 14).
In jenen Bereichen, wo die Lichtenergie auf die Bindemittellösung 1044 auftrifft, werden die retroreflektierenden Perlen 1040 in dem ausgehärteten Bindemittel 1042 festgehalten. In jenen Bereichen, wo kein Licht auf die Bindemittellösung 1044 auftrifft, können die Perlen 1040 und die Bindemittellösung entfernt werden, nachdem die retroreflektierenden Bereiche 1032 ausgehärtet wurden. Das Auftragen von Distanzbeschichtungen und reflektierenden Materialien kann mittels jedes geeigneten Verfahrens bewerkstelligt werden.
Ein signifikanter Vorteil dieses Verfahrens ist, dass der Winkel der Lichtenergie, die zum Aushärten des Bindemittels 1042 verwendet wird, gesteuert werden kann, was eine exakte Ausbildung von retroreflektierenden Bereichen 1032 und Separationsbereichen 1034 relativ zur Position der ersten und zweiten Bereiche 1022, 1024 auf der Vorderfläche 1020 des retroreflektierenden Gegenstandes 1010 für diesen Winkel des einfallenden Lichts zur Folge hat. Das Resultat ist, dass eine Beleuchtung mit verschiedenen Winkeln genutzt werden kann, die gewünschten retroreflektierenden Eigenschaften in dem retroreflektierenden Gegenstand 1010 zu erzeugen.
Zusätzlich zu der Beleuchtung mit verschiedenen Winkeln kann es vorteilhaft sein, die Vorderfläche 1020 vor der Beleuchtung zu maskieren, um visuelle Bilder in dem zurückgestrahlten Licht bei den verschiedenen Winkeln zu erzeugen. Beispielsweise könnte der Eindruck erweckt werden, dass sich auf dem retroreflektierenden Gegenstand 1010 eine Blase von unten nach oben bewegt, wie in 16 veranschaulicht. Das auftreffende Licht fällt in einem ersten Winkel relativ zu der senkrechten Achse des Gegenstandes 1010 ein, der dem ersten Winkel entspricht, in dem der retroreflektierende Gegenstand 1010 während der Herstellung beleuchtet wurde. Die Blase 1050a erscheint dann in dem Licht, das von dem retroreflektierenden Gegenstand 1010 zurückgestrahlt wird. Wenn das einfallende Licht entlang der senkrechten Achse auf den Gegenstand 1010 einstrahlt, so kann Licht von einem Bild der Blase 1050b zurückgestrahlt werden (während von der ersten Blase 1050a kein Licht zurückgestrahlt wird). So, wie sich der Einfallswinkel des Lichts weiter verändert, würde nun Licht von einem dritten Bild der Blase 1050c nahe der Oberkante des Gegenstandes 1010 zurückgestrahlt werden (während die Blasen 1050a und 1050b nicht zu sehen sind). Oder anders ausgedrückt: Jeder der Blasen 1050 würde in einem Licht zu sehen sein, das den Gegenstand 1010 in einem anderen Winkel beleuchtet, der allgemein dem Winkel entspricht, mit dem der Gegenstand 1010 während der Herstellung beleuchtet wurde. Anhand der obigen Beschreibung fallen dem Fachmann viele Variationen dieses Konzepts ein.
Die retroreflektierenden Gegenstände gemäß der vorliegenden Erfindung können in makro- und/oder mikrostrukturierter Form hergestellt werden und weisen in der Regel die oben beschriebenen retroreflektierenden Eigenschaften in der einen oder andern Form auf. Makrostrukturierte Gegenstände können je nach der vorgesehenen Anwendung oder Nutzung der Gegenstände aus vielen verschiedenen Materialien und in allen erdenk lichen zweckmäßigen Abmessungen hergestellt werden. Zu mikrostrukturierten Gegenständen gehören normalerweise kleine optische Elemente wie beispielsweise erste Bereiche, zweite Bereiche, Würfelecken, Facetten usw., die eine solche Größe aufweisen, dass der Abstand der Elemente auf der Vorderfläche der retroreflektierenden Gegenstände und der Abstand der Elemente auf der Rückfläche der retroreflektierenden Gegenstände ungefähr 0,75 Millimeter (0,03 Inch) oder weniger beträgt, obgleich es in einigen Fällen bevorzugt sein kann, retroreflektierende Gegenstände herzustellen, bei denen der Abstand der Elemente auf der ersten und der Rückfläche etwa 0,25 Millimeter (0,01 Inch) oder weniger und besonders bevorzugt etwa 0,13 Millimeter (0,005 Inch) oder weniger beträgt. Es kann des Weiteren in einigen Situationen von Vorteil sein, dünne mikrostrukturierte Folien zu verwenden, welche die oben beschriebenen Strukturen enthalten. Die dünnen mikrostrukturierten Folien können besonders bevorzugt flexibel sein, wie es beispielsweise im US-Patent Nr. 4,906,070 (Cobb, Jr.) beschrieben ist.
Es kommen verschiedene geeignete Materialien für retroreflektierende Gegenstände gemäß der vorliegenden Erfindung in Frage, obgleich die Gegenstände in der Regel aus transparenten Materialien hergestellt werden, die abmessungsstabil, langlebig, witterungsbeständig und in der gewünschten Konfiguration mühelos replizierbar sind. Beispiele für geeignete Materialien sind Glas, Acrylmaterialien mit einem Brechungsindex von etwa 1,49 (beispielsweise Harz der Marke "Plexiglas" von der Rohm & Haas Company), Polycarbonate mit einem Brechungsindex von etwa 1,59, Ionomere auf Polyethylenbasis (beispielsweise die Marke "Surlyn" von der E. I. DuPont de Nemours and Co., Inc.), Polyester, Polyurethane und Celluloseacetatbutyrate. Weitere Beispiele sind reaktive Materialien wie beispielsweise jene, die in den US-Patenten Nr. 4,576,850, Nr. 4,582,885 und Nr. 4,668,558 gelehrt werden.
Die erfindungsgemäßen retroreflektierenden Gegenstände können gemäß den Prinzipien des US-Patents Nr. 5,450,235 aufgebaut sein, wobei die Würfeleckenelemente aus einem Polymer mit hohem Modul hergestellt sind und eine überlappende Körperschicht aus einem weicheren Polymer mit niedrigerem Modul hergestellt ist. Ein solcher Aufbau würde es außerdem gestatten, die erfindungsgemäßen Gegenstände auf Bekleidung zu verwenden, wie weiter unten besprochen wird.
Polycarbonate können aufgrund ihrer Zähigkeit, ihrer Temperaturstabilität und ihres relativ höheren Brechungsindexes (etwa 1,59), was im Allgemeinen zu einer verbesserten Rückstrahlungsleistung über einen breiteren Bereich von Eintrittswinkeln bei Verwendung von Rückflächenreflektoren beiträgt, verwendet werden. Der höhere Brechungsindex erzeugt eine größere Brechungsindexdifferenz zur Verbesserung der inneren Gesamtreflexion an Schnittstellen mit Materialien, die kleinere Brechungsindizes besitzen, beispielsweise Luft. In einigen Fällen, wo Licht durch den retroreflektierenden Gegenstand unter Verwendung von beispielsweise Separationsbereichen oder Kegelstumpfstrukturen durchgelassen wird, kann es zweckmäßig sein, Materialien mit kleineren Brechungsindizes zu verwenden, um die Bandbreite des Lichts zu erhöhen, das durch den Gegenstand hindurchgelassen wird. Wenn beispielsweise Durchlässigkeit ein wichtiges Kriterium ist, so können Acrylmaterialien (mit einem Brechungsindex von etwa 1,49) eine vorteilhafte Kombination von Eigenschaften aufweisen. Zu den Materialien, die zur Herstellung von retroreflektierenden Gegenständen verwendet werden, können auch UV-Stabilisatoren oder andere Zusatzstoffe gehören, um deren Witterungsbeständigkeit, Langlebigkeit, Zähigkeit oder sonstige erwünschte Eigenschaften zu verbessern.
Erforderlichenfalls kann der erfindungsgemäße retroreflektierende Gegenstand eine Reflexionsbeschichtung zur Verbesserung der Reflexionseigenschaften aufweisen. Solche Beschichtungen könnten ein Metall oder einen dielektrischen Schichtaufbau beinhalten.
Wenn in erfindungsgemäßen retroreflektierenden Gegenständen Farben verwendet werden sollen, so kann jedes geeignete Färbemittel verwendet werden. Der Begriff "Färbemittel" meint im Sinne des vorliegenden Textes alle Farbstoffe, Pigmente usw., die dazu dienen, eine sichtbare Farbveränderung des Lichts zu bewirken, das von den erfindungsgemäßen retroreflektierenden Gegenständen abstrahlt.
Die erfindungsgemäßen retroreflektierenden Gegenstände können mittels mechanischer Verfahren, wie beispielsweise Nähen, auf verschiedenste Trägermaterialien aufgebracht werden. Bei einigen Anwendungen kann es jedoch zweckmäßig sein, den Gegenstand auf ein Trägermaterial beispielsweise mittels eines druckempfindlichen Klebstoffs, eines wärmeaktivierbaren Klebstoffs oder eines durch UV-Strahlung aktivierten Klebstoffs aufzukleben. Das Trägermaterial, auf dem sich der retroreflektierende Gegenstand befindet, kann sich auf der Außenseite eines Kleidungsstücks befinden, wodurch der retroreflektierende Gegenstand zu sehen ist, wenn das Kleidungsstück normal am Körper einer Person getragen wird. Bei dem Trägermaterial kann es sich beispielsweise um ein Gewebe, ein Gewirk oder ein Vlies handeln, das Baumwolle, wolle, Flachs, Nylon, Olefin, Polyester, Zellulose, Rayon, Urethan, Vinyl, Acryl, Gummi, Spandex und dergleichen enthält, oder es könnte aus Leder oder Papier bestehen.
17 veranschaulicht eine Sicherheitsweste 90, die einen retroreflektierenden Gegenstand 92 in Form einer länglichen Folie oder eines länglichen Streifens enthält. Sicherheitswesten werden oft von Straßenbauarbeitern oder Polizisten getragen, damit sie von entgegenkommenden motorisierten Verkehrsteilnehmern besser gesehen werden. Obgleich für diese Veranschaulichung eine Sicherheitsweste gewählt wurde, können Kleidungsstücke, die retroreflektierende Gegenstände gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten, in vielfältigen Formen vorliegen. Im Sinne des vorliegenden Textes meint "Kleidungsstück" einen Körperbekleidungsartikel, der so bemessen und konfiguriert ist, dass er von einer Person getragen werden kann. Weitere Beispiele für Kleidungsstücke, die erfindungsgemäße retroreflektierende Gegenstände enthalten können, sind Hemden, Pullover, Jacken (beispielsweise Schutzjacken von Feuerwehrleuten), Mäntel, Hosen, Schuhe, Socken, Handschuhe, Gürtel, Hüte, Anzüge, Overalls, Taschen, Rücksäcke usw..
Dem Fachmann fallen verschiedene Modifikationen und Änderungen an der vorliegenden Erfindung ein, ohne vom Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung gemäß Definition in den Ansprüchen abzuweichen. Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht unzulässigerweise auf die im vorliegenden Text veranschaulichten Ausführungsformen beschränkt werden darf.

Claims

Retroreflektierender Gegenstand (10; 110; 210; 310; 410; 510; 610; 710; 910; 1010), der folgendes umfaßt: eine Vorderfläche (20), die eine Mehrzahl erster Bereiche (22) und eine Mehrzahl zweiter Bereiche (24) umfaßt, wobei die Mehrzahl erster Bereiche eine andere Menge einfallenden Lichts (40) als die Mehrzahl zweiter Bereiche durchläßt; eine Rückfläche (30) gegenüber der Vorderfläche, wobei die Rückfläche eine Mehrzahl retroreflektierender Bereiche (32) und eine Mehrzahl von Separationsbereichen (34) umfaßt, wobei die mehreren retroreflektierenden Bereiche durch die Separationsbereiche voneinander getrennt sind; wobei die ersten und zweiten Bereiche (22, 24) auf der Vorderfläche (20) relativ zu den retroreflektierenden Bereichen (32) und den Separationsbereichen (34) auf der Rückfläche (30) derart angeordnet sind, daß ein wesentlicher Teil von auf die ersten Bereiche (22) der Vorderfläche (20) unter einem ersten Winkel einfallenden Lichts durch die ersten Bereiche der Vorderfläche zu den retroreflektierenden Bereichen (32) auf der Rückfläche durchgelassen wird, wo er durch die Vorderfläche zurück retroreflektiert wird, und wobei ferner ein wesentlicher Teil von auf die ersten Bereiche der Vorderfläche unter einem zweiten Winkel einfallenden Lichts durch die ersten Bereiche auf der Vorderfläche zu den Separationsbereichen (34) durchgelassen wird.
Gegenstand nach Anspruch 1, wobei für auf die Vorderfläche (20) unter dem ersten Winkel einfallendes Licht die Mehrzahl erster Bereiche (22) im wesentlichen durchlässig ist und wobei ferner jede der Mehrzahl zweiter Bereiche (24) eine oder mehrere optische Eigenschaften aufweist ausgewählt aus der Gruppe aus: im wesentlichen absorbierend, teilweise absorbierend, diffus durchlässig, teilweise durchlässig, diffus reflektierend, spiegelnd reflektierend und retroreflektierend.
Gegenstand nach den Ansprüchen 1–2, wobei die ersten und zweiten Bereiche (22, 24) auf der Vorderfläche unterschiedliche Farben aufweisen.
Gegenstand nach den Ansprüchen 1–3, wobei jede der Mehrzahl von Separationsbereichen (34) auf der Rückfläche (30) für durch die Vorderfläche (20) durchgelassenes Licht eine oder mehrere optische Eigenschaften ausgewählt aus der Gruppe Absorption und Transmission aufweist.
Gegenstand nach den Ansprüchen 1–4, wobei jede der Mehrzahl von Separationsbereichen (34) retroreflektierend ist und wobei ferner mindestens eine optische Charakteristik von von den Separationsbereichen retroreflektiertem Licht verschieden ist von von den retroreflektierenden Bereichen (32) auf der Rückfläche (30) des Gegenstands retroreflektiertem Licht.
Gegenstand nach den Ansprüchen 1–5, wobei die retroreflektierenden Bereiche (32) und die Separationsbereiche (34) in abwechselnden Spalten auf der Rückfläche (30) angeordnet sind, wobei die Spalten im allgemeinen auf eine erste Achse (112; 412; 512) ausgerichtet sind und eine im allgemeinen quer zu der ersten Achse verlaufende Breite aufweisen und wobei die retroreflektierenden Bereiche (32) und die Separationsbereiche (34) auf der Rückfläche (30) in einem sich wiederholenden Muster vorgesehen sind.
Gegenstand nach Anspruch 6, wobei die ersten und zweiten Bereiche (22, 24) auf der Vorderfläche (20) in abwechselnden Spalten angeordnet sind, die im allgemeinen auf die erste Achse (412) ausgerichtet sind, wobei jeder der ersten und zweiten Bereiche eine im allgemeinen quer zu der ersten Achse verlaufende Breite aufweist.
Gegenstand nach Anspruch 7, wobei die ersten und zweiten Bereiche (22, 24) auf der Vorderfläche (20) in einem sich wiederholenden Muster vorgesehen sind.
Gegenstand nach Anspruch 8, wobei die Breite jedes der Mehrzahl von ersten Bereichen (22) im wesentlichen gleich der Breite jedes der Mehrzahl von zweiten Bereichen (24) ist.
Gegenstand nach Anspruch 1–9, wobei der Abstand der retroreflektierenden Bereiche (32) und der Separationsbereiche (34) auf der Rückfläche (30) im wesentlichen gleich dem Abstand der ersten (22) und zweiten (24) Bereiche auf der Vorderfläche (20) ist, wobei die Vorderfläche (20) und die Rückfläche (30) im allgemeinen planar sind und wobei die Vorderfläche und die Rückfläche im allgemeinen parallel zueinander verlaufen.