DE69814926T2

DE69814926T2 - Retroreflektor mit zwei optischen oberflaechen und variabler retroreflektion

Info

Publication number: DE69814926T2
Application number: DE69814926T
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: 1998-06-08
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2018-06-09
Also published as: CN1284173A; DE69814926D1; AU7824498A; EP1053491B1; CN1135407C; EP1053491A1; TW416009B; WO1999040461A1; JP2002502984A; CA2318428A1; US6282026B1; KR100506560B1; KR20010040724A

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet retroreflektierender Artikel, die zwei optische Oberflächen aufweisen.
Hintergrund
Die Nachtsichtbarkeit von Objekten und Personen ist ein ständiges Problem, insbesondere für die Fahrer von Fahrzeugen wie zum Beispiel Lastwagen oder Automobilen. Ansätze zur Verbesserung ihrer Nachtsichtbarkeit können entweder aktiv oder passiv sein. Aktive Systeme erzeugen eine Auffälligkeit durch Bereitstellung einer ständigen Lichtquelle, einer blinkenden Lichtquelle oder einer Kombination einer ständigen und einer blinkenden Lichtquelle. Obwohl aktive Systeme eine Auffälligkeit erzeugen, müssen sie mit Energie versorgt werden, typischerweise mit elektrischer Energie, um das gewünschte Licht zu liefern. Energiequellen sind nicht immer verfügbar oder sie können erschöpft sein, so daß die Lichtquellen nicht arbeiten. Demzufolge finden aktive Systeme eingeschränkte Anwendung für die Erzeugung einer Langzeitauffälligkeit.
Beispiele von passiven Systemen umfassen diffuse Reflektoren, Spiegelreflektoren und/oder Retroreflektoren. Retroreflektoren können einen erheblichen Anteil von einfallendem Licht, das ansonsten anderswohin reflektiert würde, zurück zu einer Lichtquelle, wie z. B. den Scheinwerfern eines Autos o der Lastwagens reflektieren. Retroreflektoren sind typischerweise aus Kügelchen aufgebaut (siehe beispielsweise die U.S. Patente Nr. 4,025,159 für McGrath; 4,983,436 für Bailey et al.; und 5,066,098 für Kult et al.) oder sie können Würfeleckenelemente enthalten (siehe z. B. die U.S. Patente Nr. 5,272,562 für Coderre und 5,450,235 für Smith et al.). Bei vielen Retroreflektoren kann die Menge des zurückgeführten Lichtes den retroreflektierenden Artikel so erscheinen lassen, als ob er eine eigene Lichtquelle hätte, wenn, in der Realität, wenigstens ein Teil des auf dem Retroreflektor gerichteten Lichtes aus der Lichtquelle lediglich zu der Quelle zurückgeleitet wird. Obwohl Retroreflektoren einen erheblichen Anteil des Lichtes zurückleiten, ist das einfallende Licht typischerweise aus einer Dauerquelle, wie z. B. Scheinwerfern. Dauernd einfallendes Licht ergibt im allgemeinen dauernd zurückgeleitetes Licht aus den Retroreflektoren, d. h., die Intensität des zurückgeleiteten Lichtes variiert nicht merklich.
Erfinder haben verschiedene Fortschritte zur Verbesserung der Auffälligkeit von retroreflektierenden Artikeln gemacht. Beispielsweise beschreiben Shusta et al. in den PCT-Veröffentlichungen WO 97/41465 und 97/41464 (U.S. Patentanmeldung 08/640,326 und 08/640,383) einen retroreflektierenden Artikel, der glitzert, wenn er Licht ausgesetzt wird. Fluoreszierende Farben wurden ebenfalls zur Verbesserung der Auffälligkeit verwendet – siehe beispielsweise U.S. Patente 5,387,458 und 3,830,682. Das U.S. Patent 4,726,134 beschreibt ein retroreflektierendes Verkehrszeichen, welches Bereiche hat, die in ihrer Retroreflektionsvermögen variieren, um die Auffälligkeit des Verkehrszeichens zu erhöhen. Bezug wird auch auf das U.S. Patent 2,951,419 genommen, welches eine Anzeigevorrichtung offenbart, die einem Betrachter ein/ausblinkend erscheinen soll, wobei die Anzeigevorrichtung eine vordere und hintere Oberfläche aufweist, die mit integrierten konvexen linsenähnlichen Formationen ausgebildet ist. Das U.S. Patent 4,349,598 beschreibt ein retroreflektierendes Material, das die Kombination einer transparenten Oberflächenschicht, einer Rückseitenschicht und einer Anordnung reflektierender rechtwinkliger Dreiecksprismen aufweist, die gleichmäßig zwischen den Schichten verteilt sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt einen alternativen Ansatz zur Verbesserung der Auffälligkeit von retroreflektierenden Artikeln bereit. Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie in Anspruch 1 definiert ist, wird ein retroreflektierender Artikel bereitgestellt, welcher ein variierendes Retroreflektionsvermögen unter Verwendung einer ersten Oberfläche, die mehrere Licht umleitende Strukturen enthält, und einer zweiten Oberfläche, die retroreflektierende Bereiche und Trenungsbereiche enthält, aufweist.
Zusammen stellen die zwei optischen Oberflächen der retroreflektierenden Artikel eine variierende Retroreflektion des einfallenden Lichtes bereit, wobei die Variationen beispielsweise zwischen Retroreflektion oder keiner Retroreflektion, Retroreflektion verschiedener Farben, Retroreflektion bei unterschiedlichen Helligkeitspegeln usw. variieren kann. Mit anderen Worten, bei Aussetzung mit einfallendem Licht aus einer Dauerlichtquelle, führt die relative Bewegung zwischen dem retroreflektierenden Artikel und der Lichtquelle zu Veränderungen in der Retroreflektion. Wenn retroreflektierende Artikel eine variierende Retroreflektion bereitstellen, haben die Variationen oder Veränderungen die Tendenz, die Auffälligkeit der retroreflektierenden Artikel zu steigern.
In einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung bereit: einen retroreflektierenden Artikel mit einer ersten Oberflä che, die mehrere Licht umleitende Strukturen aufweist; eine zweite Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche, wobei die zweite Oberfläche mehrere retroreflektierende Bereiche enthält, die Licht zu der ersten Oberfläche hin retroreflektieren; und mehrere Trennungsbereiche auf der zweiten Oberfläche, wobei jeder der Trennungsbereiche zwischen retroreflektierenden Bereichen angeordnet ist; wobei ein wesentlicher Anteil des auf die mehreren Licht umleitenden Strukturen auf der ersten Oberfläche des retroreflektierenden Artikels einfallenden Lichtes bei einem gegebenen Winkel auf der zweiten Oberfläche des retroreflektierenden Artikels überlagert wird.
In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung einen retroreflektierenden Artikel bereit, mit: einer ersten Oberfläche, welcher mehrere Licht umleitende Strukturen aufweist, wobei die Licht umleitenden Strukturen ein Facettenpaar aufweisen, das zwei in Facettenebenen angeordnete Facetten enthält, wobei die Facettenebenen jeder Facette sich entlang einer Überschneidungslinie schneiden, wobei die Überschneidungslinien für jedes der Facettenpaare im allgemeinen zu einer ersten Achse ausgerichtet sind; einer zweiten Oberfläche mit mehreren retroreflektierenden Bereichen, wobei jeder der retroreflektierenden Bereiche mehrere retroreflektierende Strukturen aufweist, die Licht zu der ersten Oberfläche hin retroreflektieren, wobei die retroreflektierenden Bereiche im allgemeinen zu der ersten Achse ausgerichtete Spalten aufweisen; und mehreren Trennungsbereichen auf der zweiten Oberfläche, wobei jeder von den Trennungsbereichen zwischen den retroreflektierenden Bereichen angeordnet ist, wobei wenigstens ein Teil des Lichtes, das auf jedes der Facettenpaare auf der ersten Oberfläche des retroreflektierenden Artikels in einen gegebenen Winkel einfällt, auf der zweiten Oberfläche des retroreflektierenden Artikels überlagert wird.
In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung einen retroreflektierenden Artikel bereit, mit: einem Körper, der eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche aufweist; mehreren retroreflektierenden Bereichen auf der zweiten Oberfläche des Körpers, wobei die retroreflektierenden Bereiche mehrere retroreflektierende Strukturen enthalten, wobei die retroreflektierenden Bereiche in im allgemeinen zu einer ersten Achse ausgerichteten Spalten angeordnet sind; mehreren Trennungsbereichen auf der zweiten Oberfläche des Körpers, wobei jeder der Trennungsbereiche zwischen den retroreflektierenden Bereichen angeordnet ist; einem optischem Fenster, das zwischen den ersten und zweiten Oberflächen angeordnet ist, wobei das optische Fenster Licht in den Körper hinein durchläßt; und mehreren Licht leitenden Strukturen, die auf der ersten Oberfläche des Körpers angeordnet sind, wobei ein erheblicher Anteil des auf die mehreren Licht umleitenden Strukturen bei einem gegebenen Winkel von dem optischen Fenster aus einfallenden Lichtes auf der zweiten Oberfläche des retroreflektierenden Artikels überlagert wird.
In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines retroreflektierenden Artikels bereit, indem eine erste Oberfläche mit mehreren Licht umleitenden Strukturen und eine zweite Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche bereitgestellt wird, wobei die zweite Oberfläche von der ersten Oberfläche durch ein optisch durchlässiges Medium getrennt ist; eine durch Licht härtbare Binderlösung auf der zweiten Oberfläche bereitgestellt wird; mehrere reflektierende Kügelchen in der Nähe der zweiten Oberfläche bereitgestellt werden, wobei jedes der mehreren retroreflektierenden Kügelchen wenigstens teilweise in die Binderlösung eingetaucht ist; retroreflektierende Bereiche auf der zweiten Oberfläche durch Leiten von Lichtenergie durch die erste Oberfläche erzeugt werden, um ausgewählte Bereiche der Binderlösung auf der zweiten Oberfläche zu härten, wobei die Binderlösung in den ausgewählten Bereichen ausreichend gehärtet wird, um einen wesentlichen Anteil der retroreflektierenden Kügelchen zurückzuhalten; und die retroreflektierenden Kügelchen aus der ungehärteten Binderlösung auf der zweiten Oberfläche entfernt werden, um Trennungsbereiche zwischen den retroreflektierenden Bereichen zu erzeugen; wobei ein erheblicher Anteil des Lichtes, das auf die mehreren Licht umleitenden Strukturen der ersten Oberfläche des retroreflektierenden Artikels in einen gegebenen Winkel einfällt auf der zweiten Oberfläche des retroreflektierenden Artikels überlagert wird.
In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung auch Kleidungsartikel bereit, welche die retroreflektierenden Artikel gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten.
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Artikel und Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung werden vollständiger nachstehend in Verbindung mit Beispielausführungsformen der Erfindung diskutiert.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht eines retroreflektierenden Artikels gemäß der vorliegenden Erfindung.
1A ist eine schematische Darstellung welche den Translationseffekt eines Würfeleckenelementes auf einen repräsentativen Lichtstrahl darstellt.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines alternativen retroreflektierenden Artikels gemäß der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Querschnittsansicht des retroreflektierenden Artikels gemäß 2, entlang der Linie 3–3.
4 ist eine Querschnittsansicht eines weiteren retroreflektierenden Artikels gemäß der vorliegenden Erfindung.
5a bis 5c sind Querschnittsansichten eines weiteren retroreflektierenden Artikels gemäß der vorliegenden Erfindung.
5aa bis 5cc sind schematische Darstellungen, die das Aussehen der retroreflektierenden Artikel gemäß der 5a bis 5c unter verschiedenen Bedingungen zeigen.
6 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren retroreflektierenden Artikels gemäß der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine Seitenansicht des retroreflektierenden Artikels in 6.
8 ist eine Ansicht des retroreflektierenden Artikels von 6 und 7 entlang der Achse 412 in 6.
9 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren retroreflektierenden Artikels gemäß der vorliegenden Erfindung.
10 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren retroreflektierenden Artikels gemäß der vorliegenden Erfindung.
11 ist eine Querschnittsansicht eines weiteren retroreflektierenden Artikels gemäß der vorliegenden Erfindung.
12 ist eine graphische Darstellung des optischen Verhaltens von retroreflektierenden Artikeln gemäß der vorliegenden Erfindung.
12A ist eine schematische Darstellung eines durch die erste Oberfläche des retroreflektierenden Artikels gemäß der vorliegenden Erfindung hindurch umgeleiteten Lichtes.
13 ist eine Querschnittsansicht eines weiteren retroreflektierenden Artikels gemäß der vorliegenden Erfindung.
14 ist eine Querschnittsansicht eines weiteren retroreflektierenden Artikels gemäß der vorliegenden Erfindung.
15 ist eine Querschnittsansicht eines weiteren retroreflektierenden Artikels gemäß der vorliegenden Erfindung.
16 ist eine Querschnittsansicht des retroreflektierenden Artikels von 15 während der Herstellung.
17 ist eine Draufsicht auf die erste Oberfläche des retroreflektierenden Artikels von 15.
18 zeigt einen Kleidungsartikel, der einen retroreflektierenden Artikel gemäß der vorliegenden Erfindung enthält.
Detaillierte Beschreibung von veranschaulichenden Ausführungsformen der Erfindung
Die retroreflektierenden Artikel gemäß der vorliegenden Erfindung sind in der Lage, die vorstehend beschriebenen Effekte bereitzustellen, da sie eine erste Oberfläche mit Licht umleitenden Strukturen enthalten, die im Effekt einem Hauptanteil des Lichts, das auf einen ersten Bereich der ersten Oberfläche in einem ersten Winkel auftritt, auf einen zweiten Bereich der zweiten Oberfläche überlagern, wobei der zweite Bereich kleiner als der erste Bereich ist. Mit anderen Worten, die Licht umleitenden Strukturen überlagern das auf den ersten Bereich in einem ersten Winkel auffallende Licht auf dem kleineren zweiten Bereich auf der zweiten Oberfläche. Da die zweite Oberfläche Bereiche enthält, welche wenigstens zwei unterschiedliche optische Effekte bereitstellen, wie z. B. einen retroreflektierenden und absorbierenden, führt die Überlagerung (ohne Fokussierung) des Lichtes zu Artikeln, welche unterschiedliche optische Effekte auf der Basis des Annäherungswinkels des einfallenden Lichtes bereitstellen.
Es wird bevorzugt, daß sich für das gesamte Licht, das sich der ersten Oberfläche des retroreflektierenden Artikels gemäß der vorliegenden Erfindung in bestimmten diskreten Winkeln nähert, im wesentlichen das gesamte Licht entweder auf den retroreflektierenden Bereichen oder den Trennungsbereichen überlagert wird, um die größten Variationen in der Intensität oder Helligkeit der Retroreflektion von den retroreflektierenden Artikeln zu erhalten. Diesbezüglich wird es bevorzugt, daß der zweite Bereich, auf welchen das Licht durch die Licht umleitenden Strukturen auf der vorderen Oberfläche überlagert wird, nicht größer als die retroreflektierenden Bereiche oder die Trennungsbereiche ist. Es dürfte sich jedoch verstehen, daß diese Einschränkungen nicht in allen retroreflektierenden Artikeln gemäß der vorliegenden Erfindung erforderlich sind.
Die modulierende oder variierende Natur der Retroreflektion aus den retroreflektierenden Artikeln gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Anzahl unterschiedlicher Formen annehmen. In einer Form können die Variationen zu einer Retroreflektion oder zu keiner Reflektion führen, d. h., einer Ein/Aus-Retroreflektion, oder sie können die Form einer Retroreflektion annehmen, die sich zwischen zwei oder mehr unterschiedlichen Farben verändert. In einem weiteren Aspekt können die Variationen in der Helligkeit oder Intensität des retroreflektierenden Lichtes liegen. In noch einer weiteren Variante kann der retroreflektierende Artikel zwei oder mehr unterschiedliche Arten blinkender Retroreflektion aufweisen, z. B. eine Ein/Aus- und Farbdifferenz-Retroreflektion unter bestimmten Bedingungen. In noch weiteren Varianten können die retroreflektierenden Artikel eine scheinbare Bewegung zeigen, da aufeinander folgende Abschnitte des retroreflektierenden Artikels einfallendes Licht retroreflektieren, oder der retroreflektierende Artikel kann retroreflektierende Abschnitte aufweisen, die eine unterschiedliche Eintrittswinkelabhängigkeit oder Betrachtungswinkelabhängigkeit aufweisen.
Die zur Veranschaulichung der Prinzipien der retroreflektierenden Artikel gemäß der Erfindung verwendeten Figuren sind nicht maßstäblich gezeichnet, insbesondere in Bezug auf die Abstände zwischen den ersten und zweiten Oberflächen in retroreflektierenden Artikeln gemäß der vorliegenden Erfindung. Typischerweise ist der Abstand zwischen den ersten und zweiten Oberflächen in retroreflektierenden Artikeln gemäß der vorliegenden Erfindung größer als die Abmessungen der Strukturen der ersten und zweiten Oberflächen.
Obwohl im wesentlichen das gesamte von den Artikeln gemäß der vorliegenden Erfindung retroreflektierte Licht etwas während der Retroreflektion (siehe z. B. die nachstehende Diskussion bezüglich 1A) versetzt oder verschoben wird, werden diese Versetzungen im allgemeinen aus Gründen der Vereinfachung bei der Beschreibung der erfindungsgemäßen retroreflektierenden Artikel und der Auswirkungen der Artikel auf das Licht ignoriert.
Ferner dürfte es sich, obwohl die retroreflektierenden Artikel gemäß der vorliegenden Erfindung als erste und zweite Oberflächen aufweisend beschrieben werden, verstehen, daß die ersten und/oder zweiten Oberflächen selbst innerhalb des Körpers von einem oder mehreren Objekten eingebettet sein können, d. h., die ersten und/oder zweiten Oberflächen müssen nicht auf der Außenseite eines Objektes oder von Objekten angeordnet sein, die zum Bereitstellen der retroreflektierenden Artikel der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Zusätz- lich können die ersten und zweiten Oberflächen in einem einzigen, integrierten Körper bereitgestellt sein, oder sie können unter Verwendung von zwei oder mehr Körpern bereitgestellt werden.
Ferner tendieren retroreflektierende Artikel gemäß der vorliegenden Erfindung dazu, besser bei Licht zu arbeiten, das sich der ersten Oberfläche des Artikels in einem relativ kleinen Winkel in Bezug auf eine Achse senkrecht zu der ersten Oberfläche annähert. Licht, das sich in großen Winkeln außerhalb einer Senkrechten annähert, kann eine deutliche Reflektion an der ersten Oberfläche in der Weise erfahren, daß die Transmission des Lichtes durch die Oberfläche hindurch deutlich reduziert ist. Zusätzlich kann, selbst wenn Licht in einem großen Winkeln durch die erste Oberfläche hindurch übertragen wird, dieses die retroreflektierenden Bereiche auf der zweiten Oberfläche des Artikels bei Winkeln außerhalb des Arbeitsbereiches der retroreflektierenden Elemente oder Strukturen erreichen, die in den retroreflektierenden Bereichen verwendet werden, und dadurch zu einer eingeschränkten oder zu keiner Retroreflektion führen.
Obwohl die Licht umleitenden Strukturen auf den ersten Oberflächen und die retroreflektierenden Bereiche und Trennungsbereiche auf den zweiten Oberflächen der retroreflektierenden Artikel nachstehend im allgemeinen als in regelmäßigen und sich wiederholenden Mustern bereitgestellt beschrieben werden, dürfte es sich verstehen, daß sie statt dessen in unregelmäßigen Formen und/oder sich nicht wiederholenden Mustern bereitgestellt werden können. Retroreflektierende Artikel, in welchen die Licht umleitenden Strukturen auf der ersten Oberfläche und/oder die retroreflektierenden Bereiche und Trennungsbereiche auf der zweiten Oberfläche in unregelmäßigen Formen und/oder sich nicht wiederholenden Mustern bereitgestellt sind, weisen immer noch bevorzugt eine modulierende Retroreflektion auf. In einigen Fällen kann die Retroreflektion als eine funkelnde Retroreflektion erscheinen, wobei unterschiedliche Abschnitte des retroreflektierenden Artikels Licht zu unterschiedlichen Zeitpunkten und in unterschiedlichen Intensitäten auf der Basis des Annäherungswinkels des retroreflektierenden Lichtes retroreflektieren.
Die erfindungsgemäßen retroreflektierenden Artikel stellen eine variierende Retroreflektion mit zwei gegenüberliegenden optischen Oberflächen bereit, wobei eine von den Oberflächen Licht umleitende Strukturen enthält, und die gegenüberliegende Oberfläche retroreflektierende Bereiche und Trennungsbereiche enthält.
1 stellt einen retroreflektierenden Artikel 10 dar, der eine erste Oberfläche 20 und eine zweite Oberfläche 30, die der der ersten Oberfläche 20 gegenüberliegend angeordnet ist, enthält. Licht 40 aus der Lichtquelle 42 fällt auf die erste Oberfläche 20 des retroreflektierenden Artikels 10 ein.
Die zweite Oberfläche 30 enthält mehrere retroreflektierende Bereiche 32, die so ausgelegt sind, daß sie Licht, das auf sie von der ersten Oberfläche 20 aus fällt, zurück auf die erste Oberfläche 20 des retroreflektierenden Artikels 10 retroreflektieren. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die retroreflektierenden Bereiche 32 spaltenförmig und im allgemeinen zu der Achse 12 ausgerichtet, obwohl es sich verstehen dürfte, daß retroreflektierende Bereiche mit anderen Formen ebenfalls in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
Wie es in 1 dargestellt ist, ist ein Trennungsbereich 34 zwischen jedem Paar von benachbarten retroreflektierenden Bereichen 32 auf dem retroreflektierenden Artikel 10 angeordnet. Die Trennungsbereiche 34 sind wie die retroreflektierenden Bereiche 32 bevorzugt spaltenförmig und sind ebenfalls im allgemeinen zur Achse 12 ausgerichtet, obwohl es sich verstehen dürfte, daß Trennungsbereiche mit anderen Formen ebenfalls in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
Die Breite der verschiedenen Merkmale, d. h., der Licht umleitenden Strukturen, retroreflektierenden Bereiche und Trennungsbereiche auf dem erfindungsgemäßen retroreflektierenden Artikeln werden im wesentlichen quer zu der Achse gemessen, entlang welcher die bevorzugten Säulenmerkmale im allgemeinen ausgerichtet sind.
Die Trennungsbereiche 34 können eine Vielzahl optischer Effekte bereitstellen. Beispielsweise können die Trennungsbereiche 34 einfallendes Licht hindurchlassen, sie können einfallendes Licht absorbieren, sie können spiegelnd reflektierend, diffus reflektierend oder retroreflektierend sein. Zusätzlich können die Trennungsbereiche zwei oder mehr unterschiedliche optische Eigenschaften aufweisen, z. B. können sie absorbierende und durchlässige Abschnitte oder andere Kombinationen aufweisen.
Wenn wenigstens ein Anteil der Trennungsbereiche 34 retroreflektierend ist, wird es bevorzugt, daß diese eine Retroreflektion aufweisen, die sich in gewisser Hinsicht von der Retroreflektion unterscheidet, die von den retroreflektierenden Bereichen 32 gezeigt wird. Ein Beispiel eines Unterschiedes in der Retroreflektion ist eine Veränderung in der Helligkeit oder Intensität des von den Trennungsbereichen 34 retroreflektierten Lichtes im Vergleich zu dem von den retroreflektierenden Bereichen 32 retroreflektierten Licht. Ein weiteres Beispiel eines Unterschiedes in der Retroreflektion ist eine Veränderung in der Farbe des von den Trennungsbereichen 34 retroreflektierten Lichtes im Vergleich zu der Farbe des von den retroreflektierenden Bereichen 32 retroreflektierten Lichtes. Noch ein weiterer Unterschied könnte in der Eintrittswinkelabhängigkeit oder Beobachtungswinkelabhängigkeit der retroreflektierenden Strukturen in den retroreflektierenden Bereichen 32 im Vergleich zu den Trennungsbereichen 34 liegen.
Die erste Oberfläche 20 des retroreflektierenden Artikels 10 enthält (in 1 nicht dargestellte) Licht umleitende Strukturen, welche bevorzugt das in den retroreflektierenden Artikeln 10 eintretende Licht so umleiten, daß ein Großteil (bevorzugter im wesentlichen alles) von dem Licht, das die erste Oberfläche 20 in einem gegebenen Eintrittswinkel passiert zu der zweiten Oberfläche 30 in einem zweiten Winkel umgeleitet wird. Sowohl der Eintrittswinkel als auch der Winkel, in welchen das Licht umgeleitet wird, werden bevorzugt in Bezug auf eine senkrechte Achse gemessen, die durch die erste Oberfläche 20 definiert wird. Typischerweise sind der erste und zweite Winkel unterschiedlich, obwohl in einigen isolierten Fällen diese gleich sein können (d. h. senkrecht einfallendes Licht auf einer ebenen Brechungsoberfläche passiert dieses ohne Veränderung in der Richtung).
Die Licht umleitenden Strukturen können so arbeiten, daß sie Licht durch Reflektion, Brechung, Beugung oder eine Kombination von zwei oder mehr von diesen Effekten umleiten. Beispiele von geeigneten Licht umleitenden Strukturen umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt: Brechende prismatische Oberflächen, Fresnel-Prismen, Beugungsgitter, Hologramme usw. Es wird bevorzugt, daß die Licht umleitenden Strukturen keine erhebliche Fokussierungskraft aufweisen, wie es beispielsweise gekrümmte Oberflächen, wie z. B. Rasterlinsen, konvexe oder konkave Spiegel, Fresnel-Linsen usw. aufweisen. Beispiele von geeigneten Licht umleitenden Strukturen, welche keine erhebliche Fokussierungskraft aufweisen, umfassen brechende prismatische Oberflächen, die im wesentlichen eben sind, Fresnel-Prismen mit im wesentlichen parallele Unter- Facetten, Beugungsgitter mit einen konstantes Raster, usw. So wie er in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird, versteht sich daher der Begriff "Licht umleitende Struktur" als alle Strukturen umfassend, welche im wesentlichen keine optische Fokussierungskraft aufweisen.
Das Fehlen jeder wesentlichen Fokussierungskraft ist wegen der Verschiebung in dem Pfad des retroreflektierenden Lichtes im Vergleich zu dem Pfad des zu der zweiten Oberfläche 30 umgeleiteten Lichtes wichtig. Wie es in 1A dargestellt ist, wird Licht 40', das in ein Würfeleckenelement 32' eintritt, quer zu dem Würfeleckenelement 32' als ein Teil des Retroreflektionsprozesses verschoben. Demzufolge wandert das zurückgesendete Licht 42' entlang einem Pfad, der leicht von dem Pfad verschoben oder versetzt ist, dem das Licht 40' folgt, wenn es sich dem Würfeleckenelement 32' annähert. Demzufolge wird das retroreflektierte Licht 42' an eine andere Stelle auf der ersten Oberfläche eines retroreflektierenden Artikels zurückgeleitet. Wenn die Licht umleitenden Strukturen auf dieser ersten Oberfläche andere als im wesentlichen parallele Facetten wären, würde das Licht entlang einem Pfad umgeleitet werden, der nicht parallel zu dem Licht ist, das in die erste Oberfläche des retroreflektierenden Artikels eintritt.
2 und 3 stellen einen retroreflektierenden Artikel 110 dar, der eine erste Oberfläche 120 und eine zweite Oberfläche 130 enthält, wobei die erste Oberfläche 120 Licht umleitende Strukturen in der Form von Facettenpaaren 122a und 122b enthält, welche allgemein als Facetten 122 bezeichnet werden. Die Facetten 122 sind im allgemeinen eben und liegen in Ebenen, die sich entlang einer Linie 126 schneiden. Jedes Facettenpaar 122 schneidet sich mit dem angrenzenden Facettenpaar 122 entlang einer Linie 128. Die Ebenen, in welchen die Facetten 122 angeordnet sind, sind auch bevorzugt paral lel zur Achse 112 und demzufolge sind die Überschneidungslinien 126 und 128 ebenfalls bevorzugt parallel zu der Achse 112. Alternativ können die Überschneidungslinien 126 und 128 leicht gekrümmt sein.
Die zweite Oberfläche 130 enthält retroreflektierende Bereiche 132 und Trennungsbereiche 134. Die retroreflektierenden Bereiche 132 umfassen bevorzugt mehrere retroreflektierende Strukturen 136, die in Spalten angeordnet sind, wobei die Spalten im allgemeinen zu der Achse 112 ausgerichtet sind. In 2 und 3 dargestellte bevorzugte retroreflektierende Strukturen 136 sind Würfeleckenelemente, obwohl die retroreflektierenden Bereiche 132 andere retroreflektierende Strukturen wie z. B. retroreflektierende Perlen oder Kügelchen, konische retroreflektierende Elemente und im wesentlichen alle anderen Elemente, die Licht retroreflektieren können, enthalten können.
Die Trennungsbereiche 134 in dem retroreflektierenden Artikel 110 sind bevorzugt entweder durchlässig oder absorbierend, so daß auf die Trennungsbereiche 134 von der ersten Oberfläche 120 aus einfallendes Licht entweder den Artikel 110 verläßt oder absorbiert wird. Das Ergebnis entweder der durchlässigen oder absorbierenden Trennungsbereiche 134 besteht darin, daß für Licht, das auf die erste Oberfläche 120 einfällt, der retroreflektierende Artikel 110 eine blinkende Retroreflektion einem (nicht dargestellten) Beobachter, der die erste Oberfläche 120 des retroreflektierenden Artikels 110 betrachtet, nur dann zeigt, wenn die Facetten 122 das einfallende Licht zu den retroreflektierenden Bereichen 132 hin brechen, wenn eine Relativbewegung zwischen der Lichtquelle und den Retroreflektoren vorliegt.
Obwohl die vorstehend beschriebenen retroreflektierenden Artikel (und die nachstehend beschriebenen) primär symmetrische Licht umleitende, brechende Facetten enthalten, d. h., symmetrisch in Bezug auf eine senkrechte Achse und entlang des Verlaufs der Facetten, dürfte es sich verstehen, daß asymmetrische Facetten ebenfalls in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Asymmetrische Licht umleitende Facetten verändern typischerweise die Winkel, mit welcher einfallendes Licht den retroreflektierenden Bereichen oder den Trennungsbereichen auf der zweiten Oberfläche der retroreflektierenden Artikel zugeleitet wird.
Eine weitere Ausführungsform der Licht umleitenden Strukturen der ersten Oberfläche der retroreflektierenden Artikel gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 4 dargestellt. Der dort dargestellte retroreflektierende Artikel 210 enthält eine erste Oberfläche 220 und eine zweite Oberfläche 230. Die erste Oberfläche 220 enthält bevorzugt mehrere Licht umleitende Strukturen in der Form von Paaren brechender Facetten 222a und 222b (allgemein als 222 bezeichnet). Die zweite Oberfläche 230 des retroreflektierenden Artikels 210 enthält sowohl retroreflektierende Bereiche 232 als auch Trennungsbereiche 234.
Die brechende Natur der Facetten wird durch die Pfade der verschiedenen Lichtstrahlen in 4 dargestellt. Ein Strahl 240a tritt in den retroreflektierenden Artikel 210 durch eine der Facetten 222 ein und wird zu einem der retroreflektierenden Bereiche 232 hin gebrochen. Von dem retroreflektierenden Bereich 232 wird der Strahl 240a zurück zu der Facette 232 retroreflektiert, durch welche er in den retroreflektierenden Artikel 210 eingetreten ist, wo er dann den Artikel 210 entlang einem Pfad verlässt, der im allgemeinen parallel zu dem Pfad ist, entlang welchem der Strahl 240a wanderte, als er in den retroreflektierenden Artikel 210 eintrat.
Ein Strahl 250a tritt in den retroreflektierenden Artikel 210 durch eine der Facetten 222 ein und wird zu einem der retroreflektierenden Bereiche 232 hin gebrochen. Der Strahl 250a wird dann zu der Facette 222 hin zurück retroreflektiert, durch welche er in den retroreflektierenden Artikel 210 eingetreten ist, wo er den Artikel 210 entlang einem Pfad verlässt, der im wesentlichen parallel zu dem Pfad ist, entlang welchem der Strahl 250a wanderte, als er in den retroreflektierenden Artikel 210 eintrat.
Ein Strahl 260a tritt in den retroreflektierenden Artikel 210 durch eine der Facetten 222 ein und wird zu einem der retroreflektierenden Bereiche 232 hin gebrochen. Der Strahl 260a wird dann zu der Facette 222 hin zurück retroreflektiert, durch welche er in den retroreflektierenden Artikel 210 eingetreten ist, wo er dann den Artikel 210 entlang einem Pfad verlässt, der im wesentlichen parallel zu dem Pfad ist, entlang welchem der Strahl 260a wanderte, als er in den retroreflektierenden Artikel 210 eintrat.
Ein Strahl 270a tritt in den retroreflektierenden Artikel 210 durch eine der Facetten 222 ein und wird zu einem der retroreflektierenden Bereiche 232 hin gebrochen. Der Strahl 270a wird dann zu der Facette 222 hin zurück retroreflektiert, durch welche er in den retroreflektierenden Artikel 210 eingetreten ist, wo er dann den Artikel 210 entlang einem Pfad verlässt, der im wesentlichen parallel zu dem Pfad ist, entlang welchem der Strahl 270a wanderte, als er in den retroreflektierenden Artikel 210 eintrat.
Alle von den Strahlen 240a, 250a, 260a und 270a sind zueinander parallel und fallen auf den Artikel 210 entlang seiner senkrechten Achse ein. Es dürfte sich verstehen, daß basierend auf der Beschreibung und der Darstellung der Pfade der Lichtstrahlen 240a, 250a, 260a und 270a, die auf die Facetten 222a und 222b einfallen, weiteres Licht, das auf weiteren Facetten auf der ersten Oberfläche 220 des retroreflektierenden Artikels 210 entlang der senkrechten Achse einfällt, durch die Facetten zu einem der retroreflektierenden Bereiche 232 auf der zweiten Oberfläche 230 hin gebrochen wird. Demzufolge wird ein Großteil des auf die brechenden Strukturen der ersten Oberfläche 220 des Artikels 210 entlang der senkrechten Achse einfallenden Licht zu einem der retroreflektierenden Bereiche 232 hin gebrochen. Insbesondere wird im wesentlichen das gesamte auf die brechenden Strukturen der ersten Oberfläche 220 des Artikels 210 entlang der senkrechten Achse einfallende Licht zu einem der retroreflektierenden Bereiche 232 hin gebrochen.
4 veranschaulicht auch einen Annäherungswinkel α für welchen im wesentlichen das gesamte durch die Facetten 222 hindurchtretende Licht auf einen der Trennungsbereiche 234 des retroreflektierenden Artikels 210 hin gebrochen oder dort überlagert wird. Ein Strahl 240b tritt in den retroreflektierenden Artikel 210 durch eine der Facetten 222 hindurch ein und wird zu einem der Trennungsbereiche 234 hin gebrochen. Ein Strahl 250b tritt in den retroreflektierenden Artikel 210 durch eine der Facetten 222 hindurch ein und wird zu einem der Trennungsbereiche 234 hin gebrochen. Ein Strahl 260b tritt in den retroreflektierenden Artikel 210 durch eine der Facetten 222 hindurch ein, wo er zu einem der Trennungsbereiche 234 hin gebrochen wird. Ein Strahl 270b tritt in den retroreflektierenden Artikel 210 durch eine der Facetten 222 hindurch ein und wird zu einem der Trennungsbereiche 234 hin gebrochen.
In dem retroreflektierenden Artikel 210 wird ein Großteil des auf die brechenden Strukturen der ersten Oberfläche 220 des Artikels 210 entlang dem Winkel a einfallenden Licht zu einem der retroreflektierenden Bereiche 232 hin gebrochen. Insbesondere wird im wesentlichen das gesamte auf die brechenden Strukturen der ersten Oberfläche 220 des Artikels 210 entlang dem Winkel a einfallende Licht zu einem der retroreflektierenden Bereiche 232 hin gebrochen oder überlagert.
Die Strahlen 240b, 250b, 260b und 270b sind parallel zueinander und nähern sich der ersten Oberfläche 220 des retroreflektierenden Artikels 210 in einem Winkel a in Bezug auf die senkrechte Achse 280. Anders als die retroreflektierten Strahlen 240a, 250a, 260a und 270a, die vorstehend beschrieben wurden, werden die Strahlen 240b, 250b, 260b und 270b nicht von dem Trennungsbereich 234 retroreflektiert. Bei den Trennungsbereichen 234 wird jeder von den Strahlen 240b, 250b, 260b und 270b typischerweise entweder aus dem Artikel 210 herausgelassen oder absorbiert. Demzufolge würde ein Betrachter, der die erste Oberfläche 220 des retroreflektierenden Artikels 210 in einem Winkel a betrachtet, kein reflektiertes Licht beobachten.
4 stellt auch dar, daß Licht, das in den retroreflektierenden Artikel beispielsweise bei einem Winkel β zu der senkrechten Achse 290 des retroreflektierenden Artikels 210 eintritt, ebenfalls retroreflektiert wird. Strahlen 240c, 250c, 260c und 270c sind parallel zu einander und nähern sich der ersten Oberfläche 220 des retroreflektierenden Artikels 210 in einem Winkel β in Bezug auf die senkrechte Achse 290 an. In den bevorzugten retroreflektierenden Artikeln 210 wird ein Großteil des auf die brechenden Strukturen der ersten Oberfläche 220 des Artikels 210 entlang dem Winkel β einfallenden Lichts auf einen der retroreflektierenden Bereiche 232 hin gebrochen oder dort überlagert. Insbesondere wird im wesentlichen das gesamte auf die brechenden Strukturen der ersten Oberfläche 220 des Artikels 210 bei dem Winkel β einfallende Licht auf einen der retroreflektierenden Bereiche 232 hin gebrochen oder dort überlagert. Wie die vorstehend beschriebenen retroreflektierten Strahlen 240a, 250a, 260a und 270a werden die Strahlen 240c, 250c, 260c und 270c von einem der retroreflektierenden Bereiche 232 retroreflektiert.
Der Unterschied zwischen der Retroreflektion der zwei Sätze retroreflektierter Strahlen, die in den retroreflektierenden Artikel eintreten, besteht darin, daß die Strahlen 240c, 250c, 260c und 270c, die in den retroreflektierenden Artikel 210 bei dem Winkel β eintreten, von einem retroreflektierenden Bereich 232 retroreflektiert werden, der quer zu dem retroreflektierenden Artikel 210 (bezogen auf die senkrechte Achse) von den Facetten versetzt ist, durch welchen die Strahlen 240c, 250c, 260c und 270c in den Artikel 210 eintreten. Der retroreflektierende Bereich 232, der die Strahlen 240a, 250a, 260a und 270a retroreflektiert, ist direkt quer zu den Facetten 222 durch welche die Strahlen 240a, 250a, 260a und 270a in den Artikel 220 entlang der senkrechten Achse 280 eintreten, versetzt.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung werden die Strahlen 240a, 250a, 260a und 270a als retroreflektierte Strahlen "nullter Ordnung" bezeichnet, d. h., als Strahlen, die von dem retroreflektierenden Bereich 232, der direkt der Facetten 222 gegenüberliegend angeordnet ist, durch welche die Strahlen in den Artikel 210 eintreten. Die Strahlen 240c, 250c, 260c und 270c werden als retroreflektierte Strahlen "erster Ordnung" bezeichnet, d. h. als Strahlen, die von einem retroreflektierenden Bereich 232 reflektiert werden, der um eins von dem retroreflektierenden Bereich 232 verschoben ist, der direkt den Facetten 222 gegenüberliegend angeordnet ist, durch welche die Strahlen in den Artikel 210 eintreten. Man kann sehen, dass, wenn der Winkel β im Absolutwert größer wäre, oder wenn der Abstand zwischen den ersten und zweiten Oberflächen 220 und 230 größer wäre, die Strahlen 240c, 250c, 260c und 270c schließlich so gebrochen würden, daß sie einen retroreflektierenden Bereich 232 erreichen, der um zwei von dem retroreflektierenden Bereich versetzt ist, der direkt den Facetten 222 gegenüberliegend angeordnet ist, durch welche hindurch die Strahlen in den Artikel 210 eintreten. Derartige retroreflektierte Strahlen würden hierin als retroreflektierte Strahlen "zweiter Ordnung" bezeichnet werden. Dieses Konzept kann natürlich auf Retroreflektionen dritter, vierter, fünfter, sechster und größerer Ordnung erweitert werden. Derartige Retroreflektionen höherer Ordnung können jedoch durch die retroreflektierenden Fähigkeiten der retroreflektierenden Strukturen begrenzt sein, die in den retroreflektierenden Bereichen 232 angeordnet sind.
Die drei in 4 dargestellten Strahlensätze veranschaulichen auch die blinkende Art der Retroreflektion von wenigstens einigen der retroreflektierenden Artikel gemäß der vorliegenden Erfindung. Wenn Licht quer den retroreflektierenden Artikel sich über einen Bereich von Winkeln (in Bezug auf die senkrechte Achse) bewegend überstreicht, wird es bei einigen Winkeln bevorzugt nur auf die retroreflektierenden Bereiche 232 oder Trennungsbereiche 234 wie durch die in 4 dargestellten Strahlensätze veranschaulicht, gebrochen oder dort überlagert.
Der retroreflektierende Artikel 210 zeigt eine ein/ausblinkende Retroreflektion, wenn die Trennungsbereiche 234 durchlässig oder absorbierend sind. Wenn die Trennungsbereiche 234 statt dessen mit einer unterschiedlichen Helligkeit, Farbe usw. retroreflektierend wären, würde dann der retroreflektierende Artikel 210 unterschiedliche Arten von Retroreflektion zeigen.
Der retroreflektierende Artikel 210 von 4 zeigt auch eine weitere Beziehung zwischen den Strukturen, d. h. Facetten 222 auf der ersten Oberfläche 220 und den retroreflektierenden Bereichen 232 und den Trennungsbereichen 234 auf der zweiten Oberfläche 230, nämlich, daß der retroreflektierende Artikel 210 ein gleiches Raster zwischen den Strukturen der zwei Oberflächen aufweist. Das Raster wird durch die Breite der unterschiedlichen Strukturen auf den zwei Oberflächen 220 und 230 repräsentiert. Jedes Facettenpaar 222a und 222b repräsentiert eine brechende Licht umleitende Struktur auf der ersten Oberfläche 220 mit einer Breite w₁, die das Raster der Licht umleitenden Strukturen auf der vorderen Oberfläche 220 definiert. Das Raster auf der zweiten Oberfläche 230 ist durch w₂ definiert, welche die Breite von einem der retroreflektierenden Bereiche 232 kombiniert mit der Breite von einer der Trennungsbereiche 234 umfaßt. Wo das Raster der ersten Oberfläche 220 gleich dem Raster der zweiten Oberfläche 230 ist, zeigt der retroreflektierende Artikel 210 typischerweise ein/aus-retroreflektierende Blitze, wenn Licht quer die erste Oberfläche 220 in einen Bereich von Winkeln überstreicht, da im wesentlichen das gesamte einfallende Licht auf irgendeine der retroreflektierenden Flächen 232 oder der Trennungsbereiche 234 auf der zweiten Oberfläche 230 hin gebrochen oder dort überlagert wird (da die Trennungsbereiche 234 in dieser Ausführungsform durchlässig sind).
Eine weitere Variante des retroreflektierenden Artikels 210 besteht darin, daß die Verschiebung der räumlichen Beziehung zwischen den Strukturen auf den ersten und zweiten Oberflächen 220 und 230 eine Veränderung in den Winkeln bewirkt, bei welchen der retroreflektierende Artikel 210 Licht retroreflektiert. In der in 4 dargestellten Ausführungsform ist die Mitte der retroreflektierenden Bereiche 232 zu den Überschneidungslinien 226 jedes Facettenpaares 222 ausgerichtet, d. h., die Mitte von jedem der retroreflektierenden Bereiche 232 und die Überschneidungslinien 226 schneiden dieselben senkrechten Achsen auf dem retroreflektierenden Artikel 210. Es dürfte sich verstehen, dass, obwohl das Raster zwischen den ersten und zweiten Oberflächen 220 und 230 gleich bleiben kann, es möglich wäre das Raster der Strukturen auf der zweiten Oberfläche 230 nach oben oder unten zu verschieben, und daß eine derartige Veränderung die Winkel beeinflussen würde, bei welchen einfallendes Licht durch den retroreflektierenden Artikel 210 retroreflektiert oder durchgelassen wird.
4 ist auch für die Darstellung der Überlagerung von Licht in retroreflektierenden Artikeln gemäß der vorliegenden Erfindung wie vorstehend diskutiert nützlich. Die Strahlenbündel 240a–250a und 260a–270a werden durch die brechenden Facetten 222 auf einen von den retroreflektierenden Bereichen 232 auf der zweiten Oberfläche 230 des retroreflektierenden Artikels hin gebrochen. In ähnlicher Weise überlagern die brechenden Facetten das von den Strahlenbündeln 240b–250b und 260b–270b dargestellte Licht auf einem der Trennungsbereiche 234 auf der zweiten Oberfläche 230 des retroreflektierenden Artikels 210. Schließlich werden die Strahlenbündel 240c–250c und 260c–270c auch auf einem von den retroreflektierenden Bereichen 232 auf der zweiten Oberfläche 230 des retroreflektierenden Artikels 210 überlagert. Die von den brechenden Facetten bereitgestellte Überlagerung führt im allgemeinen zu einer Reduzierung in dem Querschnittsbereich, der von den überlagerten Strahlenbündeln belegt wird. Beispielsweise belegen die Strahlenbündel 240a–250a und 260a–270a einen breiteren Bereich auf der ersten Oberfläche 220 (wie es in 4 zu sehen ist) und werden gegenseitig so überlagert, daß sie einen schmaleren Bereich auf der zweiten Oberfläche 230 belegen, d. h., einen der retroreflektierenden Bereiche 232 (welcher schmaler als die brechenden Facetten ist, durch welche hindurch die Strahlenbündel 240a–250a und 260a–270a in den retroreflektierenden Gegenstand 210 eintreten).
Die 5a–5c und 5aa–5cc veranschaulichen die Auswirkungen eines Unterschieds im Raster zwischen der ersten Ober fläche 320 und der zweiten Oberfläche 330 für einen retroreflektierenden Artikel 310, wobei w₁' nicht gleich w₂' (siehe 5a) ist. 5a/5aa veranschaulichen die Auswirkung von senkrechtem Licht, während 5b/5bb und 5c/5cc die Auswirkung von Licht veranschaulichen, die in Winkeln außerhalb der senkrechten Achse von ε bzw. ϕ auftreten.
Über dem dargestellten Abschnitt des Artikels 310 enthält die erste Oberfläche 320 Licht umleitende Strukturen in der Form von Facetten 322, welche sechs Facettenpaare 324a–324f ausbilden, während die zweite Oberfläche 330 nur fünf retroreflektierende Bereiche 332a–332e enthält, welche sich mit Trennungsbereichen 334a–334e (welche für die Zwecke dieser Diskussion als im wesentlichen das gesamte auf sie fallende Licht absorbierend angenommen werden) abwechseln. Die retroreflektierenden Bereiche 332a und 332e oben und unten an dem dargestellten Artikel 310 sind entlang einer senkrechten Achse zu den Facettenpaaren 324a bzw. 324f ausgerichtet, wobei die dazwischen liegenden retroreflektierenden Bereiche 332b-332d zu den dazwischen liegenden Facettenpaaren 324b–324e auf der ersten Seite 320 fehlausgerichtet sind.
Das Raster der Licht umleitenden Strukturen auf der ersten Oberfläche 320 ist durch die Facettenpaare 324 definiert und wird durch w₁' in 5a dargestellt. Das Raster der zweiten Oberfläche ist durch die Breite von einem der retroreflektierenden Bereiche 332 und einem der Trennungsbereiche 334 definiert und wird durch w₂' in 5a dargestellt. Für Artikel, welche ein Rasterfehlanpassungsverhältnis w₁' : w₂' zeigen, das näher an 1 als das in den 5a–5c dargestellte ist, könnte eine wesentlich größere Anzahl von Facettenpaaren 324 und Paaren benachbarter retroreflektierter Bereiche und Trennungsbereiche 332/334 vorliegen, zwischen welchen die Facettenpaare 324 auf der ersten Oberfläche 320 zu den retroreflektierenden Bereichen 332 auf der zweiten Oberfläche 330 entlang der senkrechten Achse ausgerichtet sind. Zur Vereinfachung ist nur eine Rasterfehlanpassung von 6 : 5 in den 5a–5c dargestellt, um die Prinzipien zu erläutern, die auch auf wesentlich kleinere Fehlanpassungen im Raster zwischen den ersten und zweiten Oberflächen 320/330 zutreffen würden, d. h., wo sich das Verhältnis 1 annähert (z. B. ein Verhältnis von Facettenpaaren zu Paaren von benachbarten retroreflektierten Bereichen und Trennungsbereichen von 1001 : 1000), sowie, wenn die Anzahl von Facettenpaaren auf der ersten Oberfläche kleiner als die Anzahl von Paaren benachbarter retroreflektierender Bereiche und Trennungsbereiche wäre. Unabhängig davon dürfte es sich jedoch verstehen, daß die nachstehend beschriebenen Auswirkungen auch über große Bereiche von mikrostrukturierten retroreflektierenden Artikeln zutreffen, die gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung aufgebaut sind.
Bei normalen Licht, wie es in 5a dargestellt ist, wird im wesentlichen das gesamte auf das oberste Facettenpaar 324a einfallende Licht zu dem retroreflektierenden Bereich 332a hin gebrochen und im wesentlichen das gesamte auf das untere Facettenpaar 324f einfallende Licht zu dem unteren retroreflektierenden Bereich 332f hin gebrochen. Demzufolge wird im wesentlichen das gesamte von dem senkrecht auf die zwei Facettenpaare 324a und 324f einfallende Licht retroreflektiert. Nur ein Teil des auf die Facettenpaare 324b und 324e einfallenden senkrechten Lichts wird zu den retroreflektierenden Bereichen 332b und (bzw.) 332d hin gebrochen und nur ein Teil dieses Lichts wird zu derselben Facette hin zurück wenigstens teilweise aufgrund der vorstehenden unter Bezugnahme auf 1A vorstehend beschriebenen Verschiebungseffekte retroreflektiert. Demzufolge wird nur ein Teil des senkrecht einfallenden Lichtes auf die Facettenpaare 324b und 324e retroreflektiert. Im wesentlichen nichts von dem senk recht einfallenden Licht auf die zwei mittleren Facettenpaare 324c und 324d wird auf einen retroreflektierenden Bereich 332 hin gebrochen. Demzufolge wird im wesentlichen nichts von dem senkrecht auf die Facettenpaare 324c und 324d einfallenden Licht retroreflektiert.
Die 5aa–5cc sind vorgesehen, um schematisch die Auswirkungen der Rasterfehlanpassung für einen Betrachter zu veranschaulichen, der die erste Oberfläche 320 des retroreflektierenden Artikels 310 bei den unterschiedlichen hierin beschriebenen Situationen betrachtet. Für diejenigen Facettenpaare 324, die im wesentlichen das gesamte einfallende Licht retroreflektieren, ist das entsprechende Facettenpaar 324 in der entsprechenden Fig. 5aa–5cc als weiß (d. h., nicht schattiert) dargestellt. Für diejenigen Facettenpaare 324, die einen Teil des einfallenden Lichtes retroreflektieren (d. h., eine Zwischenhelligkeit besitzen), ist der entsprechende Abschnitt der 5aa–5cc gekreuzt schraffiert dargestellt. Für diejenigen Facettenpaare 324, die im wesentlichen nichts von dem einfallenden Licht retroreflektieren, ist das entsprechende Facettenpaar 324 in den 5aa–5cc durchgängig schwarz dargestellt.
Wie es am besten in 5aa zu sehen ist, ist der visuelle Effekt für einen Beobachter, der die erste Oberfläche 320 des retroreflektierenden Artikels 310 entlang der senkrechten Achse 314 für senkrecht einfallendes Licht betrachtet, das Aussehen von zwei hellen Retroreflektionsbändern oben und unten an dem Artikel 310, die dem Ort der Facettenpaare 324a und 324f entsprechen. Sich auf die Mitte des Artikels 310 zu bewegend, erscheinen zwei Bänder mittlerer Helligkeit anschließend an beide hellen Retroreflektionsbänder, wobei die Bereiche geringerer Helligkeit den Facettenpaaren 324b und 324e entsprechen. In der Mitte des retroreflektierenden Artikels (die den Facettenpaaren 324c und 324d ent spricht), würde der Beobachter kein zurückgeleitetes Licht sehen, d. h., dieser Bereich des Artikels 310 würde dunkel erscheinen.
5b stellt die Auswirkung des retroreflektierenden Artikels 310 auf Licht dar, das auf die erste Oberfläche 320 in einem Winkel ε zu der senkrechten Achse des retroreflektierenden Artikels 310 einfällt. Nur ein Teil des auf die Facettenpaare 324a, 324d und 324f einfallenden Lichtes wird zu den retroreflektierenden Bereichen 332a, 332c und (bzw.) 332e hin gebrochen. Demzufolge wird nur ein Teil des auf die Facettenpaare 324a, 324d und 324f in einen Winkel ? einfallende Licht retroreflektiert. Im wesentlichen wird nichts von dem auf die Facettenpaare 324b und 324c bei einem Winkel ε einfallende Licht auf einen retroreflektierenden Bereich 332 hin gebrochen. Demzufolge wird nichts von dem auf die Facettenpaare 324b und 324c im Winkel ε einfallende Licht retroreflektiert. Im wesentlichen das gesamte von dem im Winkel ? auf das Facettenpaar 324e einfallende Licht wird zu dem retroreflektierenden Bereich 332d hin gebrochen. Demzufolge wird im wesentlichen das gesamte auf das Facettenpaar 324e im Winkel ε einfallende Licht retroreflektiert.
Wie es am besten in 5bb zu sehen ist, ist der visuelle Effekt für einen Betrachter, der die erste Oberfläche 320 des retroreflektierenden Artikels 310 in einem Winkel ? in Bezug auf eine senkrechte Achse beobachtet, das Aussehen nur eines hellen Retroreflektionsbandes, das dem Ort des Facettenpaares 324e entspricht. Die den Facettenpaaren 324a, 324d und 324f entsprechenden Flächen erscheinen als Bänder mittlerer Helligkeit in Bezug auf das in dem Facettenpaar 324e vollständig retroreflektierte Licht. Die Facettenpaare 324b und 324c leiten im wesentlichen nichts von dem auf den Artikel 310 im Winkel ε einfallenden Lichtes zurück, und dem zufolge erscheint dieser Bereich des Artikels 310 für einen Betrachter dunkel, der den Artikel 310 in diesen Winkel betrachtet.
5c veranschaulicht die Auswirkung des retroreflektierenden Artikels 310 auf Licht, das auf die erste Oberfläche 320 in einem Winkel ϕ zu der senkrechten Achse des retroreflektierenden Artikels 310 einfällt, wobei der absolute Wert von ϕ größer als der absolute Wert des in 5b dargestellten Winkels ? ist. Im wesentlichen das gesamte bei dem Winkel ϕ auf das Facettenpaar 324d einfallende Licht wird zu dem retroreflektierenden Bereich 332c hin gebrochen. Demzufolge wird im wesentlichen das gesamte Licht, das auf das Facettenpaar 324d bei diesem Winkel einfällt, retroreflektiert. Nur ein Teil des Lichtes, das auf die Facettenpaare 324c und 324e bei dem Winkel ϕ einfällt, wird zu den retroreflektierenden Bereichen 332b und (bzw.) 332d hin gebrochen. Demzufolge wird nur ein Teil des Lichtes, das auf die Facettenpaare 324c und 324e bei dem Winkel ϕ einfällt, retroreflektiert. Im wesentlichen nichts von dem Licht, das auf die Facettenpaare 324a, 324b und 324f bei dem Winkel ϕ einfällt, wird zu einen retroreflektierenden Bereich 332 hin gebrochen. Demzufolge wird im wesentlichen nichts von dem Licht, das auf die Facettenpaare 324a, 324b und 324f bei dem Winkel ϕ einfällt, retroreflektiert.
Wie es am besten in 5cc zu sehen ist, ist der visuelle Effekt für einen Betrachter, der die erste Oberfläche 320 des retroreflektierenden Artikels 310 in einem Winkel ? in Bezug auf eine senkrechte Achse betrachtet, das Aussehen nur eines hellen Retroreflektionsbandes, das dem Ort das Facettenpaares 324d entspricht. Die den Facettenpaaren 324c und 324e entsprechenden Bereiche erscheinen als Bänder mittlerer Helligkeit in Bezug auf das von dem Facettenpaar 324 vollständig retroreflektierte Licht. Die Facettenpaare ständig retroreflektierte Licht. Die Facettenpaare 324a, 324b und 324f leiten im wesentlichen nichts von dem Licht zurück, das auf den Artikel 310 bei dem Winkel ϕ einfällt und demzufolge würden diese Bereiche des Artikels 310 einem Betrachter, der den Artikel 310 in diesem Winkel beobachtet, als dunkel erscheinen.
Eine Analyse der Auswirkungen von Licht, das in den verschiedenen Winkeln in 5a–5c und 5aa–5cc einfällt, zeigt, daß die Auswirkung einer Vergrößerung des Einfallswinkels (in einem absoluten Sinne) von der Senkrechten zum Winkel ?, und dann zum Winkel ϕ bewirkt, daß sich das untere Helligkeitsband, das dem Facettenpaar 324f in 5a entspricht, zu dem Facettenpaar 324e in 5b nach oben bewegt und schließlich zu dem Facettenpaar 324d in 5c. Diese Relativbewegung kann in einigen Anwendungen nützlich sein, in welchen sich die Helligkeitsbereiche relativ beispielsweise zu dem Fahrer in einem Fahrzeug, das sich an dem retroreflektierenden Artikel 310 vorbei bewegt, verschiebt, da diese Bewegung eine Bewegung des Eintrittswinkels des Lichts aus den Fahrzeugscheinwerfern sowie des Beobachters (d. h. des Fahrers) relativ zu der senkrechten Achse des retroreflektierenden Artikels 310 bewirkt.
Es kann hilfreich sein, einen Bereich 340 (siehe 5aa-5cc) bereitzustellen, der für Licht retroreflektierend ist, das sich dem retroreflektierenden Artikel 310 aus einem großen Bereich von Winkeln (einschließlich senkrechtes Licht, sowie Licht, das in Winkeln von ε und ϕ ankommt) annähert. Der retroreflektierende Bereich 340 kann einen Bezugsrahmen für Licht bereitstellen, das von den Facettenpaaren 324 retroreflektiert wird. Eine Verwendung dieses Bezugsrahmens unterstützt Betrachter in der Unterscheidung der Verschiebungsbereiche der Retroreflektion aus den bungsbereiche der Retroreflektion aus den Facettenpaaren des retroreflektierenden Artikels 310.
Dort wo Facetten, wie z. B. die Facetten 222a/222b oder 322a/322b als die Licht umleitenden Strukturen auf der ersten Oberfläche von retroreflektierenden Artikel gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind, wird der eingeschlossene Winkel, der zwischen den Facetten ausgebildet ist, typischerweise so gewählt, daß er die gewünschte Brechung ergibt, welche eine Funktion des Brechungsindexes des Materials oder der Materialien, die zur Herstellung der retroreflektierenden Artikel 210 und 310 verwendet werden, und des Abstandes zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche der retroreflektierenden Artikel ist.
Obwohl die Trennungsbereiche 334 in dem retroreflektierenden Artikel 310 vorstehend als absorbierend beschrieben sind, dürfte es sich verstehen, daß die Trennungsbereiche statt dessen andere optische Eigenschaften haben können. Beispielsweise können, wenn die Trennungsbereiche 334 durchlässig sind, die Bereiche, die denjenigen Facettenpaaren 324 entsprechen, die das gesamte oder einen Teil des einfallenden Lichtes auf die Trennungsbereiche 334 brechen als dunkel oder mit verringerter Helligkeit in Bezug auf die Facetten 324 erscheinen, welche im wesentlichen das gesamte einfallende Licht auf einen der retroreflektierenden Bereiche 332 hin brechen. Alternativ können die durchlässigen Bereiche die Betrachtung einer Oberfläche oder eines Bildes ermöglichen, das nahe an der zweiten Oberfläche 330 des retroreflektierenden Artikels 310 angeordnet ist.
Alternativ können die von den retroreflektierenden Bereichen 332 durch Facettenpaare 324 hindurch zurückgegebenen Retroreflektionsbänder durch Bänder unterschiedliche gefärbter Retroreflektion getrennt sein, wobei die Trennungsbereiche 334 retroreflektierende Strukturen mit einer anderen Far be als die retroreflektierenden Bereiche 332 enthalten, oder irgendeine andere Variante im optischen Effekt von den retroreflektierenden Strukturen in den retroreflektierenden Bereichen 332 bereitstellen.
6 bis 8 stellen eine weitere Ausführungsform der retroreflektierenden Artikel gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Der retroreflektierende Artikel 410 enthält eine erste Oberfläche 420 und eine zweite Oberfläche 430. Obwohl die verschiedenen Ausführungsformen der vorstehend beschriebenen vorliegenden Erfindung brechende, Licht umleitende Strukturen auf ihrer ersten Oberfläche aufweisen, enthält diese Ausführungsform der Erfindung reflektierende, Licht umleitende Strukturen auf der ersten Oberfläche 420 und eine zweite Oberfläche 430, die retroreflektierende Bereiche 432 und Trennungsbereiche 434 enthält. Licht tritt in den retroreflektierenden Artikel 410 durch ein optisches Fenster 414 ein, welches im wesentlichen durchlässig ist. Es wird bevorzugt, daß die ersten und zweiten Oberflächen 420 und 430 im allgemeinen eben sind. Es wird auch bevorzugt, daß die ersten und zweiten Oberflächen 420 und 430 im allgemeinen parallel zueinander sind. Ferner wird es bevorzugt, daß die Rückseitenoberfläche 415 sich im wesentlichen zwischen den ersten und zweiten Oberflächen 420 und 430 erstreckt.
Die retroreflektierenden Bereiche 432 sind bevorzugt in Spalten angeordnet, wobei die Spalten im allgemeinen zu der Achse 412 ausgerichtet sind. Die bevorzugten (nicht dargestellten) retroreflektierenden Strukturen die in den retroreflektierenden Bereichen 432 angeordnet sind, sind Würfeleckenelemente, obwohl es sich verstehen dürfte, daß die retroreflektierenden Bereiche 432 auch andere retroreflektierende Strukturen enthalten könnten, wie z. B. retroreflektierende Perlen oder Kügelchen, konische retroreflektierende Elemente und andere retroreflektierende Elemente.
7 veranschaulicht die Pfade von zwei Lichtstrahlen 440 und 460, die in den retroreflektierenden Artikel 410 durch das optische Fenster 414 eintreten. Der Strahl 460 tritt in den retroreflektierenden Artikel 410 durch das optische Fenster 414 ein, wo er zu der ersten Oberfläche 420 hin gebrochen wird. Von der ersten Oberfläche 420 wird der Strahl 460 auf einen der retroreflektierenden Bereiche 432 auf der zweiten Oberfläche 430 reflektiert. Demzufolge wird der Strahl 460 zurück zu der ersten Oberfläche 420 hin retroreflektiert. Bei der ersten Oberfläche 420 wird der Strahl 460 zu dem optischen Fenster 414 hin reflektiert, wo er den retroreflektierenden Artikel 410 verläßt.
Der Strahl 440 tritt in den retroreflektierenden Artikel 410 durch das optische Fenster 414 ein, wo er zu einer der Facetten 422 auf der ersten Oberfläche 420 hin gebrochen wird. Von der ersten Oberfläche 420 wird der Strahl 440 auf einen der Trennungsbereiche 434 auf der zweiten Oberfläche 430 hin reflektiert. In der bevorzugten Ausführungsform wird der Strahl 440 spiegelnd von dem Trennungsbereich 434 reflektiert (beispielsweise durch eine totale interne Reflektion oder mit einem reflektierenden Material) zu der Rückseitenoberfläche 415 des retroreflektierenden Artikels 410.
In dem retroreflektierenden Artikel 410 ist die Rückseitenoberfläche 415 bevorzugt retroreflektierend, d. h., sie retroreflektiert auf sie einfallendes Licht. Demzufolge wird der Strahl 440 von der Rückseitenoberfläche 415 zurück zu dem Trennungsbereich 434 retroreflektiert, wo er spiegelnd zurück zu der ersten Oberfläche 420 hin reflektiert wird. An der ersten Oberfläche 420 wird der Strahl 440 zurück zu dem optischen Fenster 440 hin reflektiert, wo er den retroreflektierenden Artikel auf einem Pfad verlässt, der im wesentlichen parallel zu dem Pfad ist, entlang welchem er in den retroreflektierenden Artikel 410 eingetreten ist.
In dieser Ausführungsform wird es bevorzugt, daß das von den retroreflektierenden Bereichen 432 auf der zweiten Oberfläche 430 retroreflektierte Licht (für einen Betrachter) von Licht unterscheidbar ist, das von der Rückseitenoberfläche 415 des retroreflektierenden Artikels 410 in nahezu derselben Weise retroreflektiert wird, in der Licht von den retroreflektierenden Bereichen der vorstehend beschriebenen retroreflektierenden Artikeln retroreflektiert wird. Ein Beispiel einer Differenz in der Retroreflektion ist eine Veränderung in der Helligkeit oder Intensität des von der Rückseitenoberfläche 415 retroreflektierten Lichtes in Vergleich zu dem von den retroreflektierenden Bereichen 432 retroreflektierten Licht. Ein weiteres Beispiel eines Unterschiedes in der Retroreflektion ist eine Veränderung in der Farbe des von der Rückseitenoberfläche 415 retroreflektierten Lichtes im Vergleich zu der Farbe des von den retroreflektierenden Bereichen 432 reflektierten Lichtes.
Obwohl es nicht dargestellt ist, dürfte es sich verstehen, daß derselbe Effekt in den Trennungsbereichen 432 des retroreflektierenden Artikels 410 erzielt werden könnte, wo er in einer Weise retroreflektierend ist, die von der retroreflektierenden Art der retroreflektierenden Bereiche 432 unterscheidbar war.
In einer weiteren Variante könnten die Trennungsbereiche 434 in dem retroreflektierenden Artikel 410 so durchlässig oder absorbierend sein, daß auf die Trennungsbereiche 434 von der ersten Oberfläche 420 aus einfallenden Lichts entweder den Artikel 410 durch die zweite Oberfläche 430 verläßt oder absorbiert wird. Das Ergebnis entweder durchlässiger oder absorbierender Trennungsbereiche 434 ist das, daß für Licht, das in den Artikel 410 durch das Fenster 414 eintritt, der retroreflektierende Artikel 410 einem (nicht dargestellten) Betrachter, der das Fenster 414 des retroreflektierenden Ar tikels 410 entlang oder in der Nähe des Pfades des einfallenden Lichtes betrachtet, nur eine Retroreflektion zeigt, wenn die reflektierende erste Oberfläche 420 das einfallende Licht zu den retroreflektierenden Bereichen 432 hin reflektiert.
Wie es am besten in 8 dargestellt ist, enthält die erste Oberfläche 420 bevorzugt Licht umleitende Strukturen in der Form einer Vielzahl reflektierender Facetten 422, die quer zu der Breite des retroreflektierenden Artikels 410 angeordnet sind. Es wird bevorzugt, daß die Facetten 422 einen Großteil (bevorzugter im wesentlichen alles) von dem auf sie in einem ersten Winkel einfallenden Licht zu der zweiten Oberfläche 430 in einem zweiten Winkel umleiten. Sowohl die ersten als auch zweiten Winkel werden bevorzugt beispielsweise in Bezug auf die Achse 412 gemessen. Wie vorstehend diskutiert, zeigen die Licht umleitenden Strukturen im wesentlichen keine optische Fokussierungskraft für aus diesem reflektiertes Licht, wie es beispielsweise gekrümmte Oberflächen, wie z. B. konkave oder konvexe Spiegel machen würden.
Der retroreflektierende Artikel 410 kann insbesondere zur Verwendung als eine Straßenmarkierung, d. h., als ein Objekt geeignet sein, das für eine Plazierung auf einer Straße zur Markierung von Spuren, Überwegen usw. angepasst ist. Es dürfte sich jedoch verstehen, daß die retroreflektierenden Artikel ähnlich den in 6 bis 8 dargestellten auch viele weitere Anwendungen finden können.
9 stellt eine weitere Variation in den retroreflektierenden Artikeln der vorliegenden Erfindung dar. In dem retroreflektierenden Artikel 510 enthalten die Licht umleitenden Strukturen auf der ersten Oberfläche 520 ein Paar brechender Facetten 522a und 522b (insgesamt als Facetten 522 bezeichnet), die in Ebenen liegen, die sich entlang Überschneidungslinien 526 schneiden. Die zweite Oberfläche 530 enthält bevorzugt retroreflektierende Bereiche und Trennungsbereiche, die in abwechselnden Spalten im bereiche, die in abwechselnden Spalten im wesentlichen zur Achse 512 ausgerichtet sind. Die vorstehend beschriebenen brechenden Strukturen sind ebenfalls bevorzugt zu der Achse 512 ausgerichtet, wobei aber in dem retroreflektierenden Artikel 510 die brechenden Strukturen, z. B. die Facetten 522 im allgemeinen zu einer zweiten Achse 521 ausgerichtet sind, die nicht zu der ersten Achse 512 ausgerichtet ist.
Die optischen Effekte, die durch eine "außeraxiale" Orientierung der Licht umleitenden Strukturen auf der ersten Oberfläche in Bezug auf die retroreflektierenden Bereiche und Trennungsbereiche der zweiten Oberfläche 530 bereitgestellt werden, bestehen darin, daß der retroreflektierende Artikel 510 Flächen zeigt, die für Licht mit einem gegebenen Winkel retroreflektierend sind und Bereiche, die nicht retroreflektierend (oder wie vorstehend beschrieben in einer unterscheidbaren Weise retroreflektierend) sind. Die Unterschiede können der Umleitung des Lichtes entweder auf retroreflektierenden Bereiche oder die Trennungsbereiche abhängig von der Beziehung zwischen den brechenden Strukturen auf der ersten Oberfläche 520 und den retroreflektierenden Bereichen und Trennungsbereichen auf der zweiten Oberfläche 530 zugeschrieben werden.
Eine weitere Variation in den retroreflektierenden Artikeln gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 10 dargestellt, wobei der retroreflektierende Artikel 610 erste und zweite Oberflächen 620 und 630 enthält, die nicht parallel zueinander sind. Der optische Effekt einer Orientierung der ersten und zweiten Oberflächen 620 und 630 in einer nicht parallelen Anordnung besteht darin, daß das von der ersten Oberfläche 620 des retroreflektierenden Artikels 610 retroreflektierte Muster als ein Moirè-Effekt entscheint. Wenn die Raster sowohl auf den ersten als auch zweiten Oberflächen 620 und 630 gleich sind, würde dann das beobachtete Licht zurück kehren, um ein/aus-retroreflektierend zu blinken, wenn die ersten und zweiten Oberflächen 620 und 630 parallel zueinander orientiert und durch einen geeigneten Abstand getrennt wären (unter der Annahme, daß das auf die Trennungsbereiche einfallende Licht nicht zu einem Betrachter zurückgeführt wird, der entlang einem Pfad oder in der Nähe des Pfades des einfallenden Lichtes angeordnet ist). Die nicht parallele Orientierung zwischen den ersten und zweiten Oberflächen könnte erzielt werden, indem ein oder zwei getrennte Artikel verwendet werden. Wenn die Oberflächen 620 und 630 auf nur einem Artikel angeordnet sind, wie z. B. einer Folie, könnte dann die Auslenkung der Folie aus einem ebenen Status eine Veränderung im Retroreflektionsmuster bewirken. Dieser Effekt könnte in Verbindung beispielsweise mit Ausrichtungsmechanismen, Temperaturerfassung, Druckerfassung und in anderen Situationen nützlich sein, in welcher die Auslenkung eine Anzeige einer Veränderung in irgendeiner physikalischen Eigenschaft ist.
11 stellt noch einen weiteren retroreflektierenden Artikel 710 gemäß der vorliegenden Erfindung dar, in welchem die relativen Breiten der retroreflektierenden Bereiche 732 und der Trennungsbereiche 734 den Effekt des optischen Verhaltens des retroreflektierenden Artikels 710 haben können. Die Breite der retroreflektierenden Bereiche und Trennungsbereiche der bisher beschriebenen retroreflektierenden Artikel war im wesentlichen gleich, d. h., alle haben in etwa die Hälfte der Breite w₂ belegt, die das Raster der zweiten Oberfläche der retroreflektierenden Artikel definiert. In dem retroreflektierenden Artikel 710 ist jedoch die Breite w_rr der retroreflektierenden Bereiche 732 größer als die Breite w_s der Trennungsbereiche 734, d. h., die retroreflektierenden Bereiche 732 belegen mehr von der zweiten Oberfläche als die Trennungsbereiche 734. Für die Zwecke dieser Diskussion ist die Breite w₁ einer brechenden Struktur, d. h., eines Facettenpaares 724 in 11 im wesentlichen gleich der Breite w₂ von einem Satz eines retroreflektierenden Bereiches 732 und eines angrenzenden Trennungsbereiches 734.
11 enthält einen ersten Satz von Strahlen 740a, 740b, 740c und 740d (welche zusammengenommen als die Strahlen 740 bezeichnet werden) wovon sich alle der ersten Oberfläche 720 des retroreflektierenden Artikels 710 entlang der senkrechten Achse 780 annähern. Alle von den Strahlen 740 werden auf einen von den retroreflektierenden Bereichen 732 auf der zweiten Oberfläche 730 des retroreflektierenden Artikels 710 hin gebrochen. Demzufolge werden alle von den Strahlen 740 im wesentlichen auf demselben Pfad, entlang welchem der Strahl in dem Artikel 710 eingetreten ist, retroreflektiert. Entlang diesem Annäherungswinkel ist das optische Verhalten des retroreflektierenden Artikels 710 ähnlich vielen von den vorstehend beschriebenen retroreflektierenden Artikeln.
Ein zweiter Satz von Strahlen 750a, 750b, 750c und 750d (zusammengenommen als die Strahlen 750 bezeichnet) sind ebenfalls in 11 dargestellt und nähern sich der ersten Oberfläche 720 des retroreflektierenden Artikels 710 in einem Winkel θ in Bezug auf die senkrechte Achse 780 des retroreflektierenden Artikels 710 an. Die Strahlen 750 treten alle in den retroreflektierenden Artikel 710 bei demselben Winkel ein, werden aber nicht alle entweder auf einen retroreflektierenden Bereich 732 oder einen Trennungsbereich 734 hin gebrochen. Statt dessen werden die Strahlen 750a und 750c beide auf den retroreflektierenden Bereich 732 hin gemäß Darstellung in 11 gebrochen, während die Strahlen 750b und 750d beide auf den Trennungsbereich 734 hin gebrochen werden und aus dem retroreflektierenden Artikel 710 herausgeleitet werden. Demzufolge wird nur eine Hälfte des auf den retro reflektierenden Artikel im Winkel θ einfallenden Lichtes retroreflektiert und eine Hälfte wird hindurchgelassen.
Der Effekt der Veränderung des Prozentsatzes der zweiten Oberfläche, der von den retroreflektierenden Bereichen belegt wird, im Vergleich zu den Trennungsbereichen ist graphisch in 12 dargestellt. Für die Zwecke des Vergleichs wird angenommen, daß auf einen der Trennungsbereiche hin gebrochenes Licht absorbiert, hindurchgelassen oder anderweitig so beeinflußt wird, daß es nicht zu einem Betrachter zurückgeführt wird, der auf oder in der Nähe des Pfades angeordnet ist, entlang welchem das Licht auf den retroreflektierenden Artikel einfällt. Die horizontale Achse in 12 repräsentiert verschiedene Annäherungswinkel für das einfallende Licht, während die vertikale Achse die Intensität des zurückgeführten Lichtes anzeigt.
Die Linie 760 in 12 repräsentiert das optische Verhalten eines retroreflektierenden Artikels, in welchem die retroreflektierenden Bereiche im wesentlichen gleich in der Breite zu den Trennungsbereichen sind, und in welchem das Raster der brechenden Strukturen auf der ersten Oberfläche des retroreflektierenden Artikels im wesentlichen gleich dem Raster der retroreflektierenden Bereiche und Trennungsbereiche auf der zweiten Oberfläche sind. Die Intensität des entlang dem Pfad des einfallenden Lichtes zurückgeführten Lichtes (d. h., des retroreflektierten) wird durch die Linie 760 dargestellt und variiert regelmäßig von einem Maximum bis 0 wenn sich der Annäherungswinkel des einfallenden Lichtes verändert.
Die unterbrochene Linie 770 in 12 repräsentiert das optische Verhalten des retroreflektierenden Artikels 710, in welchem die retroreflektierenden Bereiche dreimal so breit wie die Trennungsbereiche sind. Das Ergebnis in der Intensi tät des einfallenden Lichtes, das von dem Artikel 710 über einen Bereich von Eintrittswinkeln retroreflektiert wird, variiert von einem Maximum (das beispielsweise den Strahlen 740 in 11 entspricht) zu einem Minimum (das beispielsweise den Strahlen 750 in 11 entspricht). Demzufolge erscheint der retroreflektierende Artikel 710 nicht als ein/ausblinkend, da sich das einfallende Licht und ein zugehöriger Betrachter dem retroreflektierenden Artikel 710 in einem sich verändernden Winkel nähern (wie z. B. ein Fahrer, der sich dem retroreflektierenden Artikel 710 nicht entlang seiner senkrechten Achse nähert). Der retroreflektierende Artikel 710 würde statt dessen als pulsierend erscheinen oder in Intensität oder Helligkeit variieren, wenn der Annäherungswinkel über den Bereich der in 12 dargestellten Winkel variiert.
11 und 12 können auch zur Diskussion eines weiteren Merkmals der retroreflektierenden Artikel gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, d. h., der Fähigkeit, die Blinkrate der retroreflektierenden Artikel zu verändern. Wenn alle anderen Variablen zwischen zwei retroreflektierenden Artikeln gemäß der vorliegenden Erfindung gleich sind, zeigt der retroreflektierende Artikel, der einen größeren Abstand zwischen den ersten und zweiten Oberflächen hat, eine höhere Blinkrate. Unter höherer Blinkrate verstehen wir, daß die Intensität des Lichtes, das von einem "dickeren" retroreflektierenden Artikel zurückgeführt wird, einen maximalen Wert öfter über einen gegebenen Bereich von Annäherungswinkeln erreicht. Unter Bezugnahme auf 12, sind die Spitzen in den Linien 760 oder 770 für einen dickeren retroreflektierenden Artikel näher beabstandet. Die Dicke eines retroreflektierenden Artikels für dieses Zwecke ist als der Abstand zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche definiert und trifft somit auf retroreflektierende Artikel zu, die nur von einem einzigen Körper eingeschlossen sind, so wie auf diejenigen, in welchen die ersten und zweiten Oberflächen auf getrennten Körpern vorgesehen sind.
Eine Erklärung für die Zunahme der Blinkrate für retroreflektierende Artikel mit einem größeren Abstand zwischen den ersten und zweiten Oberflächen ist in 12A dargestellt, in welcher der retroreflektierende Artikel eine erste Oberfläche 720' mit mehreren Licht umleitenden Strukturen aufweist, welche in der Form von Facetten 722' dargestellt sind. Da die Facetten 722' das auf sie einfallende Licht umleiten, kann man sehen, daß sich die Mittelpunkte der umgeleiteten Lichtbündel bei Knoten 730', 732' und 734' überschneiden und überlagern, und daß beispielsweise alle Knoten 730' in einer Linie im allgemeinen parallel zu der ersten Oberfläche 720' angeordnet sind. Der Abstand zwischen den Knoten 730' ist derselbe wie der Abstand zwischen den Knoten 732' und den Knoten 734'. Da die Knoten 734' weiter von der ersten Oberfläche 720' entfernt sind, ist die erforderliche Winkelveränderung, um Licht, das durch den oberen Knoten 734' geleitet wird, zu veranlassen, durch den unteren Knoten 734' geleitet zu werden, kleiner als die Winkelveränderung, die erforderlich ist, um Licht zu veranlassen, sich zwischen jedem Paar von benachbarten Knoten 730' oder 732' zu verschieben. Diese kleinere Änderung im Annährungswinkel, die zur Verschiebung des umgeleiteten Lichts zwischen benachbarten Knoten erforderlich ist, bewirkt die Zunahme der vorstehend diskutierten Blinkrate.
Der retroreflektierende Artikel 810 in 13 veranschaulicht ein weiteres Merkmal der retroreflektierenden Artikel gemäß der vorliegenden Erfindung. Der retroreflektierende Artikel 810 wird bevorzugt als ein winkelabhängiger durchlässiger Film oder eine Folie verwendet und enthält eine erste Oberfläche 820 mit (als ein Facettenpaar 822a und 822b dargestellten) brechenden Strukturen 824, sowie eine zweite Oberfläche 830, die in einen Abstand d₁ von der ersten Oberfläche 820 aus angeordnet ist. Die zweite Oberfläche 830 enthält retroreflektierende Bereiche 832 und Trennungsbereiche 834, die in dieser Ausführungsform bevorzugt durchlässig sind.
Der retroreflektierende Artikel 820 enthält auch eine dritte Oberfläche 840, die (als ein Facettenpaar 842a und 842b dargestellte) brechende Strukturen 844 auf der gegenüberliegenden Seite der zweiten Oberfläche 830 von der ersten Oberfläche 820 aus enthält. Die dritte Oberfläche 840 ist bevorzugt in einem Abstand d₂ von der zweiten Oberfläche 830 aus angeordnet, wobei die absoluten Werte von d₁ und d₂ bevorzugt im wesentlichen gleich sind.
Die Strahlen 850a, 850b, 850c und 850d (welche zusammengenommen als die Strahlen 850 bezeichnet werden), die in die erste Oberfläche 820 parallel zu der senkrechten Achse 880 des retroreflektierenden Artikels 810 eintreten, werden auf einen der retroreflektierenden Bereiche 832 hin gebrochen, wo sie retroreflektiert werden.
Strahlen 860a, 860b, 860c und 860d treten in die erste Oberfläche 820 des retroreflektierenden Artikels 810 in einem Winkel σ zu der senkrechten Achse 880 des retroreflektierenden Artikels 810 ein. Die Strahlen 860a, 860b, 860c und 860d werden auf einen der Trennungsbereiche 834 hin gebrochen, wo sie zu der dritten Oberfläche 840 des retroreflektierenden Artikels 810 hindurchgelassen werden.
Die brechenden, Licht leitenden Strukturen 844 auf der dritten Oberfläche 840 des retroreflektierenden Artikels 810 korrigieren bevorzugt die durch die brechenden Strukturen 824 auf der ersten Oberfläche 820 des retroreflektierenden Artikels 810 bewirkte Brechung. Demzufolge verlassen die Strahlen 860a, 860b, 860c und 860d die durch die Trennungsbereiche 834 hindurch gelassen werden, die dritte Oberfläche 840 des Artikels 810 in einen Winkel ? in Bezug auf die senkrechte Achse 880, der gleich einem entgegengesetzten Winkel σ ist, entlang welchem die Strahlen in den retroreflektierenden Artikel 810 eintreten.
Der optische Effekt des Einschlusses einer korrigierenden dritten Oberfläche 840 auf der gegenüberliegenden Seite der zweiten Oberfläche 830 von der ersten Oberfläche 820 aus besteht darin, daß für Licht, das durch den Artikel 810 hindurch gelassen wird, ein Beobachter, der auf der Seite der ersten Oberfläche 820 des retroreflektierenden Artikels 810 entlang des Annäherungswinkels des Lichtes angeordnet ist, in der Lage sein kann, ein Objekt oder ein Bild zu sehen, das links von der dritten Oberfläche 840 des retroreflektierenden Artikels 810 gemäß Darstellung in 13 angeordnet ist. Es kann für das Bild auf der linken Seite des Artikels 810 (wie es in 13 zu sehen ist) vorteilhaft sein, Merkmale aufzuweisen, die etwa so groß oder größer als das Raster der brechenden Strukturen 844 auf der dritten Oberfläche 840 des retroreflektierenden Artikels 810 sind.
14 stellt eine weitere Ausführungsform eines retroreflektierenden Artikels 910 gemäß der vorliegenden Erfindung dar, in welcher die erste Oberfläche 920 mehrere Licht umleitende Strukturen enthält. Die Licht umleitenden Strukturen sind in Sätzen von drei Facetten 922a, 922b und 922c vorgesehen. Die Facette 922a enthält mehrere im wesentlichen ebene Unter-Facetten 922a', welche alle in demselben Winkel in Bezug auf eine senkrechte Achse 912 ausgebildet sind (in gewisser Weise ähnlich einer Fresnel-Linse). Die Facette 922b ist bevorzugt als eine im wesentlichen ebene Oberfläche vorgesehen. Die Facette 922c enthält mehrere im wesentlichen ebene Unter-Facetten 922c', welche alle in demselben Winkel in Bezug auf die senkrechte Achse 912 ausgebildet sind. Es kann bevorzugt werden, daß die Unter-Facetten 922c' in einem gleichen jedoch entgegengesetzten Winkel zu der Achse 912 wie der durch die Unter-Facetten 922a' gebildete Winkel zu der Achse 912 ausgebildet sind. Es kann auch bevorzugt werden, daß die Unter-Facetten 922a' und/oder 922c' oberhalb der Größe liegen, bei welcher Beugungseffekte dominieren.
Es ist wichtig zu erkennen, daß die durch die Facetten 922a und 922c ausgebildeten oder bereitgestellten, Licht umleitenden Strukturen keinerlei wesentlichen Anteil an optischer Brechungskraft bereitstellen, da die Unter-Facetten 922a' der Facette 922a zueinander parallel sind. Die Unter-Facetten 922c' in der Facette 922c sind ebenfalls bevorzugt parallel zueinander. Demzufolge wird das gesamte auf jede von den Facetten 922a bis 922c bei demselben Winkel (bezogen auf eine senkrechte Achse 912) einfallende Licht auf der zweiten Oberfläche 930 des retroreflektierenden Artikels 910 überlagert. Es wird bevorzugt, daß die Facetten 922a-922c das gesamte sich der ersten Oberfläche 920 des Artikels 910 in demselben Winkel annähernde Licht auf einer Fläche der zweiten Oberfläche 930, die kleiner als die von den Facetten 922a-922c auf der ersten Oberfläche 920 belegte Fläche ist, überlagern. Das Fehlen jeder wesentlichen Fokussierungskraft ist wegen der Verschiebungseffekte der retroreflektierenden Strukturen in den retroreflektierenden Bereichen 934 auf der Rückseitenoberfläche 930 wichtig.
Ein weiteres Merkmal der retroreflektierenden Artikel gemäß der vorliegenden Erfindung, das in dem retroreflektierenden Artikel 910 dargestellt ist, besteht darin, daß die zweite Oberfläche 930 Bereiche enthalten kann, die mehr als zwei unterschiedliche optische Eigenschaften zeigen. Wie dargestellt, enthält der retroreflektierende Artikel 910 drei unterschiedliche retroreflektierende Bereiche 934a, 934b und 934c (welche zusammengenommen als retroreflektierende Berei che 934 bezeichnet werden). Die unterschiedlichen retroreflektierenden Bereiche 934 zeigen bevorzugt unterschiedliche optische Eigenschaften, wie z. B. unterschiedliche Farben, unterschiedliche Intensitäten usw. Bevorzugt, jedoch nicht notwendigerweise sind die retroreflektierenden Bereiche 934 in einer sich wiederholenden Anordnung quer zu der zweiten Oberfläche 930 vorgesehen. Es dürfte sich verstehen, daß mehr als drei unterschiedliche retroreflektierende Bereiche 934 vorgesehen werden können, und daß die zweite Oberfläche 930 auch Bereiche enthalten könnte, die durchlässig, absorbierend oder reflektierend (spiegelnd oder diffus) sein könnten.
Da der Bereich, auf welchem die Licht umleitenden Strukturen Licht überlagern, sich als Reaktion auf die Veränderung von Annäherungswinkeln verschiebt, trifft das Licht auf unterschiedliche retroreflektierende Bereiche 934 auf der zweiten Oberfläche 930 auf und erzeugt dadurch unterschiedliche optische Effekte auf der Basis der optischen Eigenschaften des retroreflektierenden Bereiches oder der Bereiche 934, auf welchen das Licht überlagert wird.
Es dürfte sich verstehen, daß die retroreflektierenden Artikel gemäß der vorliegenden Erfindung die Form von Folien, Filmen und Körpern mit einer Festigkeit, die nicht anderweitig Folien oder Filmen zugeordnet ist, annehmen können.
Retroreflektierende Artikel gemäß der vorliegenden Erfindung können durch Replikation unter Verwendung von Formen die durch viele unterschiedliche Verfahren, einschließlich solcher, welche typischerweise als Stiftbündelung und Direktbearbeitung bezeichnet werden, hergestellt werden. Mittels Stiftbündelung hergestellte Formen werden hergestellt, indem einzelne Stifte zusammengefügt werden, wovon jeder einen Endabschnitt, ausgeformt mit den gewünschten Merkmalen des retroreflektierenden Artikels besitzt. Beispiele von Stiftbündelung sind beispielsweise in dem U.S. Patent Nr. 3,926,402 für Heenan et al. und in den U.K. Patenten Nr. 423,464 und 441,319 an Leray beschrieben. Die manchmal als Linieren bezeichnete direkte Bearbeitungstechnik beinhaltet das Schneiden von Abschnitten eines Substrates, um ein Muster von Rillen zu bilden, die sich überschneiden, um retroreflektierende Strukturen auszubilden. Beispiele derartiger Linierungs-, Formungs- und Frästechniken sind in den U.S. Patenten Nr. 3,712,706 (Stamm); 4,349,598 (White); 4,588,258 (Hoopman); 4,895,428 (Nelson et al.); 4,938,563 (Nelson et al.) beschrieben. Obwohl die retroreflektierenden Artikel der hierin beschriebenen vorliegenden Erfindung im allgemeinen aus mittels direkter Bearbeitung erzeugten Formen hergestellt werden, dürfte es sich verstehen, daß beliebige andere geeignete Verfahren auch verwendet werden könnten.
Wegen der Empfindlichkeit der retroreflektierenden Artikel gegen Veränderungen im Raster und der relativen Positionierung zwischen den ersten und zweiten Oberflächen wird ein Verfahren zur Herstellung eines retroreflektierenden Artikels 1007 (siehe 15) gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Der retroreflektierende Artikel 1010 enthält eine erste Oberfläche 1020, die brechende, Licht umleitende Strukturen 1024 wie vorstehend beschrieben enthält. Die zweite Oberfläche 1030 des retroreflektierenden Artikels 1010 enthält mehrere retroreflektierende Bereiche 1032 und Trennungsbereiche 1034.
Die retroreflektierenden Bereiche 1032 enthalten jeder mehrere retroreflektierende Perlen 1040, die in einem Binder 1042 angeordnet sind, der mit dem retroreflektierenden Artikel 1010 verbunden ist. Die Perlen 1040 können auch teilweise durch eine Abstandsbeschichtung 1046 und reflektierendes Material 1048 eingekapselt sein, wie es dem Fachmann auf diesem Gebiet allgemein bekannt ist. Der Binder 1042 wird bevorzugt durch die Anwendung von Lichtenergie, z. B. ultraviolettem Licht, wie es allgemein bekannt ist, gehärtet. Demzufolge können die retroreflektierenden Bereiche mit dem geeigneten Raster unter Verwendung von Lichtenergie in dem nachstehend beschriebenen Prozeß erzeugt werden. Ein Verfahren zum Herstellen des retroreflektierenden Artikels 1010 wird nun beschrieben.
Die erste Oberfläche 1020, welche die brechenden, Licht umleitenden Strukturen 1024 enthält, würde in einem geeigneten Körper 1012, wie z. B. einer Folie oder Film erzeugt werden, in welchem die gegenüberliegende Oberfläche 1014 bevorzugt glatt, d. h. eben ist. Die gegenüberliegende Oberfläche 1030 würde dann vollständig über ihre gesamte Oberfläche mit einem Gemisch retroreflektierender Perlen 1040 und einer Binderlösung 1044 (siehe 16) als Schicht aufgebracht werden. Lichtenergie mit geeigneter (n) Wellenlänge (n), die zum Härten der Binderlösung erforderlich ist, würde dann auf die erste Oberfläche 1020 so gerichtet werden, daß die Lichtenergie durch den Körper 1012 hindurch zu den retroreflektierenden Bereichen 1032 auf dem fertigen retroreflektierenden Artikel 1010 (siehe 15) hin gebrochen würden. In den Bereichen, in welchen Lichtenergie auf die Binderlösung 1044 fällt, werden die retroreflektierenden Perlen 1040 in dem gehärteten Binder 1042 festgehalten. In den Bereichen, in welchen kein Licht auf die Binderlösung 1044 fällt, können die Perlen 1040 und die Binderlösung entfernt werden, nachdem die retroreflektierenden Bereiche 1032 gehärtet worden sind. Eine Aufbringung irgendwelcher Abstandsbeschichtungen und reflektierender Materialien kann durch jedes geeignete Verfahren erzielt werden.
Ein signifikanter Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß der Winkel der Lichtenergie, die zum Härten des Binders 1042 verwendet wird, gesteuert werden kann, was zu einer genauen Ausbildung der retroreflektierenden Bereiche 1032 und Trennungsbereiche 1034 in Bezug auf die Position der Licht leitenden Strukturen 1024 auf der ersten Oberfläche 1020 des retroreflektierenden Artikels 1010 für diesen Einfallswinkel von Licht führt. Das Ergebnis ist, daß Belichtungen bei verschiedenen Winkeln angewendet werden können, um die gewünschten retroreflektierenden Eigenschaften in dem retroreflektierenden Artikel 1010 zu erzeugen.
Zusätzlich zu Belichtungen bei unterschiedlichen Winkeln, kann es vorteilhaft sein, die erste Oberfläche 1020 vor der Belichtung zu maskieren, um visuelle Bilder in dem retroreflektierten Licht bei den verschiedenen Winkeln zu erzeugen. Beispielsweise könnte sich eine Blase scheinbar von dem Boden des retroreflektierenden Artikels 1010 zu dessen Oberseite gemäß Darstellung in 17 bewegen. Das einfallende Licht wird in einem ersten Winkel in Bezug auf die senkrechte Achse des Artikels 1010 entsprechend dem ersten Winkel, bei welchem der retroreflektierende Artikel 1010 während der Herstellung belichtet wurde, präsentiert. Die Blase 1050a würde in dem von dem retroreflektierenden Artikel 1010 retroreflektierten Licht erscheinen. Wenn sich das einfallende Licht dem Artikel 1010 entlang der senkrechten Achse nähert, könnte Licht von einem Bild der Blase 1050b retroreflektiert werden, (während Licht von der ersten Blase 1050a nicht retroreflektiert wird). Wenn sich der Annäherungswinkel des Lichtes weiter verändert, würde dann Licht von einem dritten Bild einer Blase 1050c in der Nähe der Oberseite des Artikels 1010 retroreflektiert werden (, während die Blasen 1050a und 1050b nicht sichtbar werden). Mit anderen Worten, jede von den Blasen 1050 würde in Licht erscheinen, das sich dem Artikel 1010 in einem anderen Winkel annähert, der im allgemeinen dem Winkel entspricht, in welchem der Artikel 1010 während der Herstellung belichtet wurde. Viele Varianten dieses Konzeptes werden auf der Basis der vorstehenden Beschreibung offensichtlich.
Die retroreflektierenden Artikel gemäß der vorliegenden Erfindung können in makro- oder mikrostrukturierter Form (oder einer Kombination von beiden) bereitgestellt werden und zeigen typischerweise die vorstehend in jeder Form diskutierten retroreflektierenden Eigenschaften. Makrostrukturierte Artikel können aus vielen unterschiedlichen Materialien und in jeder geeigneten Abmessung abhängig von der gewünschten Anwendung oder dem Einsatz der Artikel erzeugt werden. Mikrostrukturierte Artikel werden typischerweise kleine optische Elemente, wie z. B. Würfelecken, Facetten usw. enthalten, die so bemessen sind, daß das Raster der brechenden Strukturen auf der ersten Oberfläche der retroreflektierenden Artikel und das Raster der retroreflektierenden Bereiche und Trennungsbereiche auf der zweiten Oberfläche der retroreflektierenden Artikel etwa 0,75 mm (0,03 inches) oder kleiner ist, obwohl es in einigen Fällen bevorzugbar sein kann, retroreflektierende Artikel bereitzustellen, in welchen das Raster der Merkmale auf den ersten und zweiten Oberflächen etwa 0,25 mm (0,01 inches) oder kleiner ist, und sogar noch bevorzugter etwa 0,13 mm (0,005 inches) oder kleiner ist. Es kann ferner vorteilhaft sein, eine dünne mikrostrukturierte Folie welche die vorstehend beschriebenen Strukturen enthält in einigen Situationen zu verwenden. Die dünne mikrostrukturierte Folie kann noch bevorzugter flexibel sein, wie es beispielsweise in dem U.S. Patent Nr. 4,906,070 (Cobb, Jr.) beschrieben ist.
Geeignete Materialien für die retroreflektierenden Artikel gemäß der vorliegenden Erfindung können variieren, obwohl die Artikel typischerweise aus transparenten Materialien hergestellt werden, die dimensionsstabil, beständig, wetterfest und leicht in der gewünschten Konfiguration repliziert werden können. Beispiele von geeigneten Materialien umfassen Glas, Acrylharze mit einem Brechungsindex von etwa 1,49 (z. B. PLE-XIGLAS® von Rohem und Haas Company) Polykarbonate mit einem Brechungsindex von etwa 1,59, Polyethylen-basierende Ionomere (z. B. SURLYN® von E. I. DuPont de Nemours and Co., Inc.), Polyester, Polyurethane und Zelluloseacetatbutyrate. Weitere Beispiele umfassen reaktive Materialien, wie z. B. die in den U.S. Patenten Nr. 4,576,850; 4,582,885 und 4,668,558 gelehrten.
Die erfindungsgemäßen retroreflektierenden Artikel können gemäß den Prinzipien des U.S. Patentes 5,450,235 aufgebaut sein, in welchem Würfeleckenelemente aus einem Hochmodul-Polymer erzeugt werden und eine überlappende Körperschicht aus einem weicheren Niedermodul-Polymer hergestellt wird. Eine derartige Konstruktion würde auch ermöglichen, daß die erfindungsgemäßen Artikel auf Kleidungsartikel wie nachstehend diskutiert eingesetzt werden könnten.
Polykarbonate können aufgrund ihrer hohen Widerstandsfähigkeit, Temperaturstabilität und ihres relativ höheren Brechungsindexes (etwa 1,59) eingesetzt werden, welcher im allgemeinen zu einem verbesserten retroreflektierenden Verhalten über einen breiteren Bereich von Eintrittswinkeln beiträgt, wenn Reflektoren der zweite Oberfläche verwendet werden. Der höhere Brechungsindex stellt eine größere Brechungsindexdifferenz bereit, so daß die interne Totalrefklektion an den strukturierten Oberflächen verbessert wird. In einigen Fällen, in welchen der Durchtritt von Licht durch die retroreflektierenden Artikel hindurch, beispielsweise unter Verwendung von Trennungsbereichen oder beschnittenen Strukturen auftritt, kann es erwünscht sein, Materialien mit niedrigerem Brechungsindex zu verwenden, um den Bereich des durch den Artikel hindurch gelassenen Lichtes zu verbessern. Beispielsweise können, wo Durchlässigkeit wichtig ist, Acrylharze (mit einem Brechungsindex von etwa 1,49) eine vorteilhafte Kombi nation von Eigenschaften bieten. Die zur Herstellung von retroreflektierenden Artikeln verwendeten Materialien können auch UV-Stabilisatoren oder andere Zusätze enthalten, um deren Witterungsbeständigkeit, Dauerhaftigkeit, Festigkeit oder irgendeine andere gewünschte Eigenschaft zu verbessern.
Falls erforderlich, kann der retroreflektierende Artikel gemäß der vorliegenden Erfindung eine reflektierende Beschichtung nach Bedarf enthalten, um deren reflektierenden Eigenschaften zu verbessern. Derartige Beschichtungen könnten einen metallischen oder einen dielektrischen Schichtungsstapel umfassen.
Dort wo Farben in den retroreflektierenden Artikeln gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden sollen, kann jedes geeignete Färbungsmittel angewendet werden. Der Begriff "Färbungsmittel" wird hierin verwendet, um jeden Farbstoff, Farbmittel, Pigment usw. zu bezeichnen, das zur Bewirkung einer sichtbaren Farbveränderung in dem Licht führt, das aus den retroreflektierenden Artikeln gemäß der vorliegenden Erfindung austritt.
Die retroreflektierenden Artikel gemäß der vorliegenden Erfindung können auf eine Vielfalt von Substraten unter Verwendung mechanischer Verfahren, wie z. B. Nähen aufgebracht werden. In einigen Fällen kann es jedoch erwünscht sein, den Artikel auf einem Substrat unter Verwendung von Kleber wie z. B. eines druckempfindlichen Klebers, eines durch Wärme aktivierbaren Klebers oder eines durch Ultraviolettstrahlung aktivierten Klebers zu befestigen. Das den retroreflektierenden Artikel tragende Substrat kann auf der Außenoberfläche eines Kleidungsartikels angeordnet sein, was es ermöglicht, daß sich der retroreflektierende Artikel zeigt, wenn das Kleidungsstück in seiner normalen Orientierung von einer Person getragen wird. Das Substrat kann beispielsweise ein Stoff, Gestrick oder Vliesgewebe sein, das Baumwolle, Wolle, Flachs, Nylon, Olefin, Polyester, Zellulose, Rayon, Urethan, Vinyl, Acryl, Kautschuk, Spandex und dergleichen enthält, oder es könnte aus Leder oder Papier bestehen.
18 stellt eine Sicherheitsweste 90 dar, welche einen retroreflektierenden Artikel 92 in der Form einer länglichen Folie oder eines Streifens darstellt. Sicherheitswesten werden oft von Straßenbauarbeitern und Polizeibeamten getragen, um deren Sichtbarkeit für ankommende Verkehrsteilnehmer zu verbessern. Obwohl eine Sicherheitsweste für dieses Beispiel gewählt wurde, können Kleidungsartikel, welche retroreflektierende Artikel gemäß der vorliegenden Erfindung verwenden, in mehreren Formen bereitgestellt werden. So wie der Begriff hierin verwendet wird, bedeutet "Kleidungsartikel" ein Kleidungsstückelement das so bemessen und konfiguriert ist, daß es von einer Person benutzt oder getragen wird. Weitere Beispiele von Kleidungsartikeln, die retroreflektierende Artikel der Erfindung zeigen können, umfassen Hemden, Pullover, Jacken (z. B. Feuerwehrjacken), Mäntel, Hosen, Schuhe, Socken, Handschuhe, Gürtel, Hüte, Anzüge, einteilige Körperbekleidungen, Beutel, Rucksäcke usw.
Beispiel
Das folgende Beispiel wird als eine Veranschaulichung eines retroreflektierenden Artikels gemäß der vorliegenden Erfindung gegeben. Es sei jedoch angemerkt, dass, obwohl das Beispiel diesem Zweck dient, die speziellen Materialien und Formen, sowie anderen Bedingungen und Details nicht in einer Weise zu betrachten sind, welche den Schutzumfang dieser Erfindung unzulässig einschränkt.
Ein blinkender retroreflektierender Artikel wurde unter Verwendung eines 3,18 mm (0,125 inches) Polycarbonatbogenmaterials mit einem Brechungsindex von 1,59 aufgebaut. Das Polykarbonatbogenmaterial hatte eine gemessene Dicke von 2,83 mm (0,1115 inches), nachdem die strukturierten Oberflächen darauf ausgebildet waren.
Eine erste Oberfläche des Bogens wurde in Facettenpaare, ähnlich denen, wie sie beispielsweise in der Oberfläche 120 in 2 dargestellt sind, unter geeigneten Druck- und Temperaturbedingungen geformt. Der von jedem Facettenpaar eingeschlossene Winkel war 160,7 Grad und die Facetten wurden mit einem Raster von 0,71 mm (0,028 inches) erzeugt.
Die gegenüberliegende Oberfläche des Bogens wurde in Spalten mit Würfelecken getrennt durch Trennungsbereiche, wie es beispielsweise in der Oberfläche 130 in 2 dargestellt ist, zur selben Zeit, bei der die Facetten in der ersten Oberfläche erzeugt wurden, erzeugt. Die Würfelecken hatten eine Breite von 0,36 mm (0,014 inches) und die (ebenfalls in Spalten erzeugten) Trennungsbereiche hatten dieselbe Breite wie die Spalten der Würfeleckenelemente. Demzufolge war das Raster der zweiten Oberfläche ebenfalls 0,71 mm (0,028 inches), d. h., gleich dem Raster der Licht umleitenden brechenden Facetten auf der ersten Oberfläche der Platte.
Der sich ergebende retroreflektierende Artikel zeigte ein Ein/Aus-Blinken, wenn er relativ zu einer Lichtquelle und einem Beobachter bewegt wurde. Das überlagerte Licht bewegte sich zwischen den retroreflektierenden Bereichen und Trennungsbereichen auf der zweiten Oberfläche, um den Blinkeffekt zu erzielen.

Claims

Retroreflektierender Artikel, aufweisend: eine erste Oberfläche (20, 120, 220, 320, 420, 520, 620, 720, 720', 820, 840, 920, 1020) mit mehreren Licht umleitenden Strukturen (122a-b, 222a–b, 324a–f, 422, 522a–b, r, 722', 822a–b, 842a–b, 922a–c, 1024); eine zweite Oberfläche (30, 130, 230, 330, 430, 530, 630, 730, 830, 930, 1030) die zum Empfangen von Licht angeordnet ist, das von der erste Oberfläche durchgelassen wird, wobei die zweite Oberfläche mehrere retroreflektierende Bereiche (32, 132, 232, 332a–e, 432, 732, 832, 934a–c, 1032) enthält, welche Licht zu der ersten Oberfläche retroreflektieren; und mehrere Trennungsbereiche (34, 134, 234, 334a–e, 434, 734, 834, 934a–c, 1034) auf der zweiten Oberfläche, wobei jeder der Trennungsbereiche zwischen den retroreflektierenden Bereichen angeordnet ist; wobei jede der Licht umleitenden Strukturen im wesentlichen keine Fokussierungskraft besitzt und dennoch einen wesentlichen Anteil des darauf einfallenden Lichtes auf einen zweiten Bereich der zweiten Oberfläche kleiner als eine derartige Licht umleitende Struktur umleitet, wobei der zweite Bereich im wesentlichen einem der retroreflektierenden Bereiche bei einem ersten Einfallswinkel und einem der Trennungsbereiche bei einem zweiten Einfallswinkel entspricht.
Retroreflektierender Artikel nach Anspruch 1, wobei die retroreflektierenden Bereiche (32, 132, 232, 332a–e, 432, 732, 832, 934a–c, 1032) und die Trennungsbereiche (34, 134, 234, 334a–e, 434, 734, 834, 934a–c, 1034) in abwechselnden Spalten auf der zweiten Oberfläche ausgebildet sind, wobei die Spalten im allgemeinen zu einer ersten Achse ausgerichtet sind und eine Breite im allgemeinen quer zu der ersten Achse aufweisen.
Retroreflektierender Artikel nach Anspruch 1 bis 2, wobei die retroreflektierenden Bereiche (32, 132, 232, 332a–e, 432, 732, 832, 934a–c, 1032) und die Trennungsbereiche (34, 134, 234, 334a–e, 434, 734, 834, 934a–c, 1034) auf der zweiten Oberfläche (30, 130, 230, 330, 430, 530, 630, 730, 830, 930, 1030) in einem sich wiederholenden Muster bereitgestellt sind.
Retroreflektierender Artikel nach Anspruch 1 bis 3, wobei die Breite von jedem der mehreren retroreflektierenden Bereiche (32, 132, 232, 332a–e, 432, 732, 832, 934a–c, 1032) im wesentlichen gleich der Breite der mehreren Trennungsbereiche (34, 134, 234, 334a–e, 434, 734, 834, 934a–c, 1034) ist.
Retroreflektierender Artikel nach Anspruch 1 bis 4, wobei jeder der mehreren retroreflektierenden Bereiche (32, 132, 232, 332a–e, 432, 732, 832, 934a–c, 1032) mehrere retroreflektierende Strukturen aufweist, und wobei die Trennungsbereiche (34, 134, 234, 334a–e, 434, 734, 834, 934a–c, 1034) im wesentlichen lichtdurchlässig sind.
Retroreflektierender Artikel nach Anspruch 1 bis 4, wobei die Trennungsbereiche (34, 134, 234, 334a–e, 434, 734, 834, 934a–c, 1034) im wesentlichen lichtabsorbierend sind.
Retroreflektierender Artikel nach Anspruch 1 bis 6, wobei jeder der mehreren retroreflektierenden Bereiche mehrere erste retroreflektierende Strukturen aufweist, und ferner wobei jeder der mehreren Trennungsbereiche (34, 134, 234, 334a–e, 434, 734, 834, 934a–c, 1034) mehrere zweite retroreflektierende Elemente aufweist, wobei wenigstens eine optische Eigenschaft der ersten und zweiten retroreflektierenden Elemente unterschiedlich ist.
Retroreflektierender Artikel nach Anspruch 2 bis 7, wobei die mehreren Licht umleitenden Strukturen (122a–b, 222a b, 324a–f, 422, 522a–b, 724, 722', 822a–b, 842a–b, 922ac, 1024) in Spalten angeordnet sind, die im allgemeinen zu der ersten Achse ausgerichtet sind.
Retroreflektierender Artikel nach Anspruch 1 bis 8, wobei jeder der mehreren Licht umleitenden Strukturen (122a–b, 222a–b, 324a–f, 422, 522a–b, 724, 722', 822a–b, 842a–b, 922a–c, 1024) eine im wesentlichen ebene Facette aufweist.
Retroreflektierender Artikel nach Anspruch 9, wobei die mehreren Licht umleitenden Strukturen (122a–b, 222a–b, 324a–f, 422, 522a–b, 724, 722', 822a–b, 842a–b, 922a–c, 1024) mehrere Facettenpaare aufweisen, wobei jedes der Facettenpaare zwei Facetten aufweist, die in Facettenebenen angeordnet sind, wobei die Facettenebenen jedes Facettenpaares sich entlang einer Überschneidungslinie schneiden, wobei die Überschneidungslinien für die Facettenpaare im wesentlichen zu der ersten Achse ausgerichtet sind, und wobei die ersten und zweiten Oberflächen (20, 120, 220, 320, 420, 520, 620, 720, 720', 820, 840, 920, 1020), (30, 130, 230, 330, 430, 530, 630, 730, 830, 930, 1030) im wesentlichen eben sind.