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Dokumentenidentifikation DE69834280T2 12.04.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001521105
Titel Verfahren zur Herstellung eines retroreflektierenden Gegenstands
Anmelder Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, Minn., US
Erfinder Dreyer, John F., Saint Paul MN 55133-3427, US;
Fleming, Madeleine B., Saint Paul MN 55133-3427, US
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Aktenzeichen 69834280
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 03.06.1998
EP-Aktenzeichen 040285793
EP-Offenlegungsdatum 06.04.2005
EP date of grant 19.04.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.04.2007
IPC-Hauptklasse G02B 5/124(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse G02B 5/128(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   G02B 5/18(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
Erfindungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet retroreflektierender Gegenstände, die eine modulierende Retroreflexion aufweisen.

Allgemeiner Stand der Technik

Die Sichtbarkeit von Objekten und Menschen bei Nacht ist ein fortwährendes Problem, insbesondere für die Führer von Fahrzeugen wie etwa Lastwagen und Automobilen. Die Ansätze, um ihre Sichtbarkeit bei Nacht zu erhöhen, können entweder aktiv oder passiv sein. Aktive Systeme liefern Auffälligkeit durch Bereitstellen einer stetigen Lichtquelle, einer blinkenden Lichtquelle oder einer Kombination aus stetigen und blinkenden Lichtquellen. Obwohl man mit aktiven Systemen Auffälligkeit erhält, müssen sie mit Energie, in der Regel elektrische Energie, versorgt werden, damit sie das gewünschte Licht liefern. Energiequellen stehen nicht immer zur Verfügung oder können erschöpft sein, so daß die Lichtquellen nicht arbeiten. Infolgedessen finden aktive Systeme begrenzte Anwendung, um langfristig Auffälligkeit bereitzustellen.

Passive Systeme weisen diffuse Reflektoren, spiegelnde Reflektoren und/oder Retroreflektoren auf. Retroreflektoren können einen wesentlichen Teil einfallenden Lichts, der ansonsten woanders hin reflektiert werden würde, in Richtung auf eine Lichtquelle wie etwa die Scheinwerfer eines Wagens oder Lastwagens zurückschicken. Retroreflektoren sind in der Regel aus Kügelchen konstruiert (siehe zum Beispiel US-Patente Nrn. 4,025,159 an McGrath; 4,983,436 an Bailey at al. und 5,066,098 an Kult et al.), oder sie können Würfeleckenelemente aufweisen (siehe zum Beispiel US-Patente Nrn. 5,272,562 an Coderre und 5,450,235 an Smith et al.). Bei vielen Retroreflektoren kann die Menge zurückgeschickten Lichts bewirken, daß der retroreflektierende Gegenstand so erscheint, als wenn er seine eigene Lichtquelle aufweist, während tatsächlich zumindest ein Teil des von der Lichtquelle auf den Retroreflektor gelenkten Lichts lediglich zu der Quelle zurückgeschickt wird. Obwohl Retroreflektoren einen wesentlichen Teil des Lichts zurückschicken, kommt das einfallende Licht in der Regel von einer stetigen Quelle wie etwa Scheinwerfern. Stetiges Licht ergibt im allgemeinen stetiges Rücklicht von den Retroreflektoren.

Forscher haben verschiedene Riesenschritte in Richtung auf das Verbessern der Auffälligkeit von retroreflektierenden Gegenständen erreicht. Beispielsweise beschreiben Shusta et al. in den PCT-Veröffentlichungen WO 97/41465 und 97/41464 (US-Patentanmeldungen 08/640,326 und 08/640,383) einen retroreflektierenden Gegenstand, der bei Exposition mit Licht glitzert. Zur Verbesserung der Auffälligkeit sind auch fluoreszierende Farbstoffe verwendet worden – siehe beispielsweise US-Patente 5,387,458 und 3,830,682. Schließlich wird in US-Patent 4,726,134 ein retroreflektierendes Zeichen beschrieben, das Bereiche aufweist, die zur Verbesserung der Auffälligkeit des Zeichens hinsichtlich Retroreflekivität variieren.

WO 97/19820 A1 offenbart einen optischen Informationsträger in Form eines Verbundlaminats mit einer Trägerfolie mit einer oberen Reliefstruktur, die als Mikrolinse wirkt, und einer unteren metallisierten Reliefstruktur, die als Reflektor wirkt, so daß auf die Mikrolinse auftreffendes paralleles Licht in der entgegengesetzten Richtung reflektiert wird, wodurch der optische Informationsträger somit einen Retroreflektor bildet. Die untere reflektierende Struktur ist jedoch selbst nicht retroreflektierend, nur in Zusammenwirken mit der oberen Mikrolinsenstruktur.

Kurze Darstellung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines retroreflektierenden Gegenstands bereit, das folgendes aufweist: Bereitstellen einer Vorderfläche, die mehrere erste Bereiche und mehrere zweite Bereiche aufweist, wobei die mehreren ersten Bereiche eine andere Menge einfallenden Lichts als die mehreren zweiten Bereiche durchlassen; Bereitstellen einer Rückfläche gegenüber der Vorderfläche, wobei die Rückfläche von der Vorderfläche durch ein optisch durchlässiges Medium getrennt ist; Bereitstellen einer durch Licht härtbaren Bindemittellösung auf der Rückfläche; Bereitstellen mehrerer retroreflektierender Kügelchen in der Nähe der Rückfläche, wobei jedes der mehreren retroreflektierenden Kügelchen mindestens teilweise in die Bindemittellösung eingetaucht ist; Ausbilden retroreflektierender Bereiche auf der Rückfläche durch Lenken von Lichtenergie durch die Vorderfläche, um ausgewählte Bereiche der Bindemittellösung auf der Rückfläche zu härten, wobei die Bindemittellösung in den ausgewählten Bereichen ausreichend gehärtet wird, um einen substantiellen Anteil der retroreflektierenden Kügelchen zurückzuhalten; und Entfernen der retroreflektierenden Kügelchen aus der ungehärteten Bindemittellösung auf der Rückfläche, um zwischen den retroreflektierenden Bereichen Trennbereiche auszubilden; wobei die ersten und zweiten Bereiche auf der Vorderfläche relativ zu den retroreflektierenden Bereichen und den Trennbereichen auf der Rückfläche derart angeordnet sind, daß ein wesentlicher Teil von auf die ersten Bereiche der Vorderfläche unter einem ersten Winkel einfallendem Licht durch die ersten Bereiche der Vorderfläche zu den retroreflektierenden Bereichen auf der Rückfläche durchgelassen wird, wo er durch die Vorderfläche zurück retroreflektiert wird, und wobei ferner ein wesentlicher Teil von auf die ersten Bereiche der Vorderfläche unter einem zweiten Winkel einfallendem Licht durch die ersten Bereiche auf der Vorderfläche zu den Trennbereichen durchgelassen wird.

Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Gegenstände und Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung werden unten in Verbindung mit veranschaulichenden Ausführungsformen der Erfindungen eingehender erörtert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist eine Perspektivansicht eines retroreflektierenden Gegenstands gemäß der vorliegenden Erfindung.

2 ist eine Perspektivansicht eines alternativen retroreflektierenden Gegenstands gemäß der vorliegenden Erfindung.

3 ist eine Querschnittsansicht des retroreflektierenden Gegenstands von 2 entlang der Linie 3-3.

4 ist eine Querschnittsansicht eines weiteren retroreflektierenden Gegenstands gemäß der vorliegenden Erfindung.

5a5c sind Querschnittsansichten eines weiteren retroreflektierenden Gegenstands gemäß der vorliegenden Erfindung.

5aa5cc sind schematische Darstellungen, die das Erscheinungsbild der retroreflektierenden Gegenstände der 5a5c unter verschiedenen Bedingungen darstellen.

6 ist eine Perspektivansicht eines weiteren retroreflektierenden Gegenstands gemäß der vorliegenden Erfindung.

7 ist eine Seitenansicht des retroreflektierenden Gegenstands von 6.

7a ist eine Draufsicht auf den retroreflektierenden Gegenstand von 6.

8 ist eine Ansicht des retroreflektierenden Gegenstands der 6 und 7 entlang der Achse 412 in 6.

9 ist eine Perspektivansicht eines weiteren retroreflektierenden Gegenstands gemäß der vorliegenden Erfindung.

10 ist eine Perspektivansicht eines weiteren retroreflektierenden Gegenstands gemäß der vorliegenden Erfindung.

11 ist eine Querschnittsansicht eines weiteren retroreflektierenden Gegenstands gemäß der vorliegenden Erfindung.

12 ist eine graphische Darstellung der optischen Leistung von retroreflektierenden Gegenständen gemäß der vorliegenden Erfindung.

13 ist eine Querschnittsansicht eines weiteren retroreflektierenden Gegenstands gemäß der vorliegenden Erfindung.

14 ist eine Querschnittsansicht eines weiteren retroreflektierenden Gegenstands gemäß der vorliegenden Erfindung.

15 ist eine Querschnittsansicht des retroreflektierenden Gegenstands von 14 während der Herstellung.

16 ist eine Draufsicht auf die Vorderfläche des retroreflektierenden Gegenstands von 14.

17 veranschaulicht einen Kleidungsgegenstand, der einen retroreflektierenden Gegenstand gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist.

Detaillierte Beschreibung veranschaulichender Ausführungsformen der Erfindung

Die vorliegende Erfindung stellt retroreflektierende Gegenstände bereit, die zwei optische Flächen aufweisen, die zusammen für ein Modulieren der Retroreflexion von sich dem Gegenstand nähernden einfallendem Licht während einer Relativbewegung zwischen einer Lichtquelle und dem Gegenstand sorgen. Die modulierende oder variierende Natur der Retroreflexion kann eine Reihe verschiedener Formen annehmen. Beispielsweise können die Variationen zu Retroreflexion oder keiner Retroreflexion führen (das heißt Retroreflexion ein/aus), Retroreflexion, die sich zwischen zwei oder mehr verschiedenen Farben ändert, Variationen in der Helligkeit oder Intensität des retroreflektierten Lichts, zwei oder mehr verschiedene Arten von blinkender Retroreflexion (zum Beispiel Retroreflexion ein/aus und verschiedenfarbig), scheinbare Bewegung, während aufeinanderfolgende Teile des retroreflektierenden Gegenstands einfallendes Licht retroreflektieren, oder der retroreflektierende Gegenstand kann retroreflektierende Abschnitte enthalten, die unterschiedliche Eintrittswinkligkeit oder Betrachtungswinkligkeit aufweisen.

Die Figuren, mit denen die Grundlagen von retroreflektierenden Gegenständen gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht werden, sind nicht maßstabsgetreu gezeichnet, insbesondere bezüglich der Abstände zwischen der Vorder- und Rückfläche in retroreflektierenden Gegenständen gemäß der vorliegenden Erfindung. In der Regel ist der Abstand zwischen der Vorder- und Rückfläche bei retroreflektierenden Gegenständen gemäß der vorliegenden Erfindung größer als die Abmessungen der Strukturen auf den Vorder- und Rückflächen.

Obwohl im wesentlichen alles von den Gegenständen gemäß der vorliegenden Erfindung retroreflektierte Licht während der Retroreflexion geringfügig versetzt oder parallelverschoben wird, werden diese Versetzungen im allgemeinen aus Gründen der Einfachheit ignoriert, wenn die erfindungsgemäßen retroreflektierenden Gegenstände und der Effekt der Gegenstände auf Licht beschrieben werden.

Die retroreflektierenden Gegenstände gemäß der vorliegenden Erfindung sorgen für eine modulierende Retroreflexion mit zwei gegenüberliegenden Flächen, wobei die Vorderfläche mindestens erste und zweite Bereiche aufweist, die unterschiedliche Mengen oder Arten von Licht durchlassen, und eine Rückfläche, die retroreflektierende Bereiche und Trennbereiche aufweist. Weil die Rückfläche Bereiche aufweist, die mindestens zwei verschiedene optische Effekte bereitstellen, zum Beispiel retroreflektierend und absorbierend, führt der Unterschied bei der Durchlässigkeit durch die Vorderfläche zu Gegenständen, die für eine modulierende Retroreflexion auf der Basis des Annäherungswinkels von einfallendem Licht basieren.

Wenngleich die retroreflektierenden Gegenstände gemäß der vorliegenden Erfindung so beschrieben werden, daß sie Vorder- und Rückflächen aufweisen, versteht es sich ferner, daß die Vorder- und/oder Rückflächen selbst in den Körper eines Objekts eingebettet sein können, das heißt, die Vorder- und/oder Rückflächen sind möglicherweise nicht an den äußeren Flächen eines Objekts exponiert, das dazu verwendet wird, die retroreflektierenden Gegenstände der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. Statt dessen können die Vorder- und Rückflächen in einem einzelnen integralen Körper vorgesehen sein, oder sie könnten unter Verwendung von zwei oder mehr Körpern vorgesehen werden.

Außerdem funktionieren retroreflektierenden Gegenstände gemäß der vorliegenden Erfindung im allgemeinen besser für Licht, das sich der Vorderfläche des Gegenstands unter einem relativ kleinen Winkel relativ zu einer Achse senkrecht zur Vorderfläche nähert. Licht, das sich unter großen Winkeln weg von einer Normalen nähert, kann an der Vorderfläche eine signifikante Reflexion erfahren, so daß das Durchlassen von Licht durch die Fläche signifikant reduziert wird. Selbst wenn Licht unter einem hohen Winkel durch die Vorderfläche durchgelassen wird, kann es sich außerdem den retroreflektierenden Bereichen auf der Rückfläche des Gegenstands unter Winkeln außerhalb des Arbeitsbereichs der retroreflektierenden Elemente oder Strukturen nähern, die in den retroreflektierenden Bereichen verwendet werden, wodurch es zu einer begrenzten oder keiner Retroreflexion kommt.

Obwohl die ersten und zweiten Bereiche auf den Vorderflächen und die retroreflektierenden Bereiche und Trennbereiche auf den Rückflächen von retroreflektierenden Gegenständen unten im allgemeinen so beschrieben werden, daß sie in regelmäßigen Formen und sich wiederholenden Mustern bereitgestellt werden, versteht sich, daß sie statt dessen in unregelmäßigen Formen und/oder sich nicht wiederholenden Mustern bereitgestellt werden können. Retroreflektierende Gegenstände, bei denen die ersten und zweiten Bereiche auf der Vorderfläche und/oder die retroreflektierenden Bereiche und Trennbereiche auf der Rückfläche in unregelmäßigen Formen und/oder sich nicht wiederholenden Mustern bereitgestellt werden, werden dennoch bevorzugt eine modulierende Retroreflexion aufweisen. In einigen Fällen kann die Retroreflexion als eine funkelnde Retroreflexion erscheinen, wobei verschiedene Bereiche der retroreflektierenden Gegenstände Licht zu verschiedenen Zeiten und in verschiedenen Intensitäten auf der Basis des Annäherungswinkels des retroreflektierten Lichts retroreflektieren.

1 ist eine Perspektivansicht eines retroreflektierenden Gegenstands 10 gemäß der vorliegenden Erfindung, der eine Vorderfläche 20 und eine der Vorderfläche 20 gegenüberliegende Rückfläche 30 aufweist. Licht 40 von einer Lichtquelle 42 fällt auf die Vorderfläche 20 des retroreflektierenden Gegenstands 10 ein. Die Rückfläche 30 weist mehrere retroreflektierende Bereiche 32 auf, die so ausgelegt sind, daß sie von der Vorderfläche 20 auf sie einfallendes Licht zurück zu der Vorderfläche 20 des retroreflektierenden Gegenstands 10 retroreflektieren. Ein Trennbereich 34 befindet sich zwischen jedem Paar benachbarter retroreflektierender Bereiche 32 am retroreflektierenden Gegenstand 10.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die retroreflektierenden Bereiche 32 und die dazwischen liegenden Trennbereiche 34 von säulenförmiger Gestalt, im allgemeinen auf die Achse 12 ausgerichtet und in einem sich wiederholenden Muster über die Rückfläche 30 vorgesehen. Es versteht sich jedoch, daß die retroreflektierenden Bereiche 32 und Trennbereiche 34 auf der Rückfläche 30 in unregelmäßigen Formen und/oder in sich nicht wiederholenden Mustern vorgesehen sein können.

Die Trennbereiche 34 können eine Vielzahl optischer Effekte liefern. Beispielsweise können die Trennbereiche 34 einfallendes Licht durchlassen, sie können einfallendes Licht absorbieren, sie können spiegelnd reflektiv, diffus reflektierend oder retroreflektierend sein. Zudem können die Trennbereiche zwei oder mehr verschiedene optische Eigenschaften aufweisen, zum Beispiel können sie absorbierende und durchlässige Bereiche oder andere Kombinationen aufweisen.

Wenn zumindest ein Anteil jedes der Trennbereiche 34 retroreflektierend ist, wird bevorzugt, daß sie eine Retroreflexion aufweisen, die in gewisser Hinsicht von der Retroreflexion verschieden ist, die die retroreflektierenden Bereiche 32 aufweisen. Ein Beispiel für eine Differenz bei der Retroreflexion ist eine Änderung in der Helligkeit oder Intensität des von den Trennbereichen 34 retroreflektierten Lichts im Vergleich zu dem von den retroreflektierenden Bereichen 32 retroreflektierten Licht. Ein weiteres Beispiel für eine Differenz bei der Retroreflexion ist eine Änderung der Farbe des von den Trennbereichen 34 retroreflektierten Lichts im Vergleich zu der Farbe von von den retroreflektierenden Bereichen 32 retroreflektierten Licht. Noch eine weitere Differenz könnte die Eintrittswinkligkeit oder Betrachtungswinkligkeit der retroreflektierenden Strukturen in den retroreflektierenden Bereichen 32 im Vergleich zu den Trennbereichen 34 sein.

Die Vorderfläche 20 des retroreflektierten Gegenstands 10 weist mehrere erste Bereiche 22 und mehrere zweite Bereiche 24 auf. Die zweiten Bereiche 24 differieren bevorzugt von den ersten Bereichen 22 dadurch, daß sie eine andere Lichtmenge durch die Vorderfläche 20 durchlassen. Unter anderer Lichtmenge wird verstanden, daß die zweiten Bereiche 24 auf der Basis einer Gesamtlichtintensität, einer oder mehrerer Wellenlängen, Polarisation oder einer anderen Charakteristik eine andere Lichtmenge durchlassen. Die durchgelassenen Lichtmengen werden relativ zu der durch die ersten Bereiche 22 auf der Vorderfläche 20 durchgelassenen Lichtmenge bestimmt.

Beispielsweise können die ersten Bereiche 22 glatt und klar sein, so daß sie alles normal (oder fast normal) einfallende Licht durchlassen, während die zweiten Bereiche fast alles auf sie einfallende Licht absorbieren. Bei einer weiteren Kombination können die ersten Bereiche 22 durchlässig sein, während die zweiten Bereiche 24 reflektieren, das heißt, sie reflektieren einen wesentlichen Teil einfallenden Lichts. Bei noch einer weiteren Kombination können die ersten Bereiche 22 Licht aller Polarisationsorientierungen durchlassen, während die zweiten Bereiche mit einem polarisierenden Film versehen sein können, der eine wesentliche Lichtmenge mit einer Polarisationsorientierung reflektiert oder absorbiert, während er Licht mit der orthogonalen Polarisationsorientierung durchläßt. Bei noch einer weiteren Kombination können die zweiten Bereiche 24 mit einem Filter versehen sein, der Licht mit einem bestimmten Bereich von Wellenlängen absorbiert, während die ersten Bereiche 22 Licht mit einer beliebigen sichtbaren Wellenlänge durchlassen. Bei noch einer weiteren Variation können die ersten und zweiten Bereiche 22/24 verschiedene Farben aufweisen, so daß der retroreflektierende Gegenstand 10 auf der Basis des Annäherungswinkels des Lichts unterschiedlich gefärbtes retroreflektiertes Licht aufweist. Bei einigen Ausführungsformen können die zweiten Bereiche 24 eine oder mehrere aus der Gruppe von Absorption, diffuser Durchlässigkeit, teilweiser Durchlässigkeit, diffuser ausgewählte Reflexion, spiegelnder Reflexion und Retroreflexion optische Eigenschaften aufweisen.

In jedem Fall ist die durch die zweiten Bereiche 24 zu den retroreflektierenden Bereichen 32 auf der Rückfläche 30 durchgelassene Lichtmenge in gewisser Hinsicht verschieden von der durch die ersten Bereiche 22 durchgelassenen Lichtmenge, die auf die retroreflektierenden Bereiche 32 der Rückfläche 30 auftrifft. Was für die modulierende Retroreflexion von retroreflektierenden Gegenständen gemäß der vorliegenden Erfindung sorgt, sind die Differenzen bei denen von den verschiedenen Bereichen auf der Vorderfläche 20 durchgelassenen Lichtmengen bei Kombination mit den verschiedenen retroreflektierenden Bereichen 32 und Trennbereichen 34 auf der Rückfläche 30.

Die ersten und zweiten Bereiche 22/24 auf der Vorderfläche 20 des retroreflektierenden Gegenstands 10 sind bevorzugt relativ zu den retroreflektierenden Bereichen 32 und den Trennbereichen 34 auf der Rückfläche 30 derart angeordnet, daß ein wesentlicher Teil von auf den ersten Bereichen 22 der Vorderfläche 20 unter einem ersten Winkel auftreffenden Lichts durch die ersten Bereiche 22 der Vorderfläche 20 zu den retroreflektierenden Bereichen 32 auf der Rückfläche 30 durchgelassen wird, wo das Licht durch die ersten Bereiche 22 an der Vorderfläche 20 zurück retroreflektiert wird. Für auf die Vorderfläche 20 des retroreflektierenden Gegenstands 10 unter einem zweiten Winkel auftreffendes Licht wird ein wesentlicher Teil des auf den ersten Bereichen 22 der Vorderfläche 20 unter dem zweiten Winkel auftreffenden Lichts durch die ersten Bereiche 22 auf der Vorderfläche 20 zu den Trennbereichen 34 auf der Rückfläche 30 durchgelassen. Zwischen dem ersten und zweiten Winkel liegt ein Bereich von Annäherungswinkeln, in denen ein Teil des durch die ersten Oberflächen 22 durchgelassenen Lichts auf die retroreflektierenden Bereiche 32 auftrifft und ein Teil des durch die ersten Oberflächen 22durchgelassenen Lichts auf die Trennbereiche 34 auftrifft.

Eine weitere Ausführungsform eines retroreflektierenden Gegenstands gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 2 und 3 dargestellt. Der dort dargestellte retroreflektierenden Gegenstand 110 enthält eine Vorderfläche 120 und eine Rückfläche 130. Die Vorderfläche 120 weist bevorzugt durchlässige erste Bereiche 122 und zweite Bereiche 124 auf, die bei dieser Ausführungsform im wesentlichen alles auf sie auftreffende Licht absorbieren. Die Rückfläche 130 des retroreflektierenden Gegenstands 110 enthält sowohl retroreflektierende Bereiche 132a132d (kollektiv als retroreflektierende Bereiche 132 bezeichnet) sowie Trennbereiche 134a134d (kollektiv als Trennbereiche 134 bezeichnet). Die retroreflektierenden Bereiche 132 und Trennbereiche 134 sind bevorzugt in Säulen angeordnet, die im allgemeinen auf die Achse 112 ausgerichtet sind (siehe 2).

Die retroreflektierenden Bereiche 132 weisen bevorzugt mehrere retroreflektierende Strukturen 136 auf. Die bevorzugten retroreflektierenden Strukturen 136 sind Würfeleckelemente, wenngleich es sich versteht, daß die retroreflektierenden Bereiche 132 andere retroreflektierende Strukturen aufweisen könnten, aufweisend, aber nicht begrenzt auf, retroreflektierende Kügelchen oder Kugeln, konische retroreflektierende Elemente und Kombinationen aus verschiedenen retroreflektierenden Strukturen.

Die Trennbereiche 134 in dem retroreflektierenden Gegenstand 110 sind bevorzugt entweder durchlassend oder absorbierend, so daß auf Trennbereiche 134 von der Vorderfläche 120 einfallendes Licht entweder aus dem Gegenstand 110 austritt oder absorbiert wird. Das Ergebnis der entweder durchlässigen oder absorbierenden Trennbereiche 134 besteht darin, daß für auf einen durchlässigen ersten Bereich 122 auf der Vorderfläche 120 einfallendes Licht der retroreflektierenden Gegenstand 110 eine Retroreflexion nur dann aufweisen würde, wenn der Annäherungswinkel des Lichts derart wäre, daß es auf einen der retroreflektierenden Bereiche 132 auf der Rückfläche 130 einfallen würde. In jenen Fällen, in denen der Annäherungswinkel des Lichts derart wäre, daß im wesentlichen alles Licht durch die ersten Bereiche 122 zu einem der Trennbereiche 134 auf der Rückfläche 130 durchgelassen würde, würde der Gegenstand 110 keine Retroreflexion aufweisen. Auf die zweiten Bereiche 124 der Vorderfläche einfallendes Licht würde absorbiert werden, wobei im wesentlichen nichts von dem Licht durchgelassen wird.

3 enthält eine Reihe von Strahlen 140, 150 160 und 170, um die Funktionsweise der Erfindung zu veranschaulichen. Es versteht sich, daß zum Zweck der folgenden Erörterung die Brechung des durch die Vorderfläche 120 hindurchtretenden Lichts ignoriert wird.

Strahl 140 nähert sich parallel zu der Normalachse 114 der Vorderfläche 120 des retroreflektierenden Gegenstands 110. Strahl 140 wird durch den ersten Bereich 122 durchgelassen und fällt auf einen retroreflektierenden Bereich 132a auf der Rückfläche 130 ein, wo er wieder zurück retroreflektiert wird.

Strahl 150 fällt unter einem Winkel &PHgr; bezüglich der Normalachse 114 auf den ersten Bereich 122 der Vorderfläche 120 ein, wo er zu dem retroreflektierenden Bereich 132b auf der Rückfläche 130 durchgelassen wird. Der Strahl 150 wird dann zurück durch den ersten Bereich 122 auf der Vorderfläche 120 des retroreflektierenden Gegenstands 110 retroreflektiert.

Strahl 160 fällt unter einem Winkel &thgr; mit der Normalachse 114 auf den ersten Bereich 122 ein und wird durch den ersten Bereich 122 in Richtung retroreflektierender Bereich 132c auf der Rückfläche 130 durchgelassen, wo er wieder zurück retroreflektiert wird.

Strahl 170 fällt auf einen der zweiten Bereiche 124 auf der Vorderfläche 120 ein, wo er derart absorbiert wird, daß im wesentlichen nichts von dem Licht entlang dem Weg zurück retroreflektiert wird, dem es bei der Annäherung an den retroreflektierenden Gegenstand 110 folgte.

Für den Zweck der vorliegenden Erfindung veranschaulicht Strahl 140 eine Retroreflexion „nullter Ordnung", das heißt eine Retroreflexion von dem retroreflektierenden Bereich 132a, der direkt gegenüber von dem ersten Bereich 122 entlang der Normalachse 114 liegt. Strahl 150 veranschaulicht eine Retroreflexion „erster Ordnung", das heißt eine Retroreflexion von einem retroreflektierenden Bereich 132b, der um eins von dem direkt gegenüber vom ersten Bereich 122 liegenden retroreflektierenden Bereich 132a versetzt ist. Analog veranschaulicht Strahl 160 eine Retroreflexion „zweiter Ordnung", das heißt eine Retroreflexion von einem -retroreflektierenden Bereich 132c, der um zwei von den direkt gegenüber vom ersten Bereich 122 liegendem retroreflektierenden Bereich 132a versetzt ist. Es ist zu erkennen, daß, wenn die Annäherungswinkel von Strahlen vom Absolutwert (bezüglich der Normalachse 114) größer wären oder wenn der Abstand zwischen den Vorder- und Rückflächen 120 und 130 größer wäre, das Licht schließlich durchgelassen würde, um den um drei von dem retroreflektierenden Bereich 132a versetzten retroreflektierenden Bereich 132d zu erreichen. Eine derartige Retroreflexion würde hier als Retroreflexion „dritter Ordnung" bezeichnet werden. Dieses Konzept kann vorbehaltlich einer Reihe von Variationen wie etwa Brechungsindizes, Teilung, Abstand zwischen Vorder- und Rückflächen usw. natürlich auf Retroreflexionen vierter, fünfter, sechster und größerer Ordnung ausgeweitet werden.

Aus der obigen Erörterung von Gegenstand 110 ist ersichtlich, daß das Licht, während es durch einen Bereich von Annäherungswinkeln abgelenkt wurde, bei einigen Winkeln retroreflektiert würde und bei anderen Winkeln nicht retroreflektiert würde und das diese Bedingungen durch den Bereich von Winkeln abwechseln würden. Das Endergebnis lautet, daß, wo sich die Lichtquelle und der retroreflektierende Gegenstand 110 relativ zueinander derart bewegen würden, daß der Annäherungswinkel des Lichts auf der Vorderfläche 120 sich ändert, der Gegenstand 110 eine modulierende oder blitzende Retroreflexion aufweisen würde.

Eine weitere Variation über den retroreflektierenden Gegenstand 110 besteht darin, daß ein Verschieben der räumlichen Beziehung zwischen den Bereichen auf der Vorder- und Rückfläche 120 und 130 eine Änderung bei den Winkeln hervorruft, bei denen der retroreflektierende Gegenstand 110 Licht retroreflektiert. Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform sind die Mitten der retroreflektierenden Bereiche 132 auf die Mitten der ersten Bereiche 122 ausgerichtet. Es versteht sich, daß es möglich wäre, das Muster retroreflektierender Bereiche 132 und Trennbereiche 134 auf der Rückfläche 110 relativ zu den ersten und zweiten Bereichen 122/124 auf der Vorderfläche zu verschieben und daß eine derartige Variation die Winkel beeinflussen würde, unter denen einfallendes Licht von dem retroreflektierenden Gegenstand 110 retroreflektiert oder nicht retroreflektieren würde.

4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines retroreflektierenden Gegenstands 210 gemäß der vorliegenden Erfindung. Der retroreflektierende Gegenstand 210 enthält eine Vorderfläche 220 und eine Rückfläche 230. Die Vorderfläche 220 des Gegenstands 210 enthält erste Bereiche 222 und zweite Bereiche 224. Bei dieser Ausführungsform lassen die ersten Bereiche 222 einen wesentlichen Teil des einfallenden Lichts spiegelnd durch, während die zweiten Bereiche 224 Licht diffus durchlassen. Die ersten Bereiche 222 und zweiten Bereiche 224 sind bevorzugt allgemein säulenartig und in einem sich wiederholenden Muster vorgesehen.

Die Rückfläche 230 des retroreflektierenden Gegenstands 210 enthält retroreflektierende Bereiche 232 und Trennbereiche 234. Die retroreflektierenden Bereiche 232 und Trennbereiche 234 sind bevorzugt in Säulen angeordnet, die im allgemeinen auf die Achse 212 ausgerichtet sind.

Die Trennbereiche 234 in dem retroreflektierenden Gegenstand 210 sind bevorzugt entweder durchlassend oder absorbierend, so daß auf Trennbereiche 234 von der Vorderfläche 220 einfallendes Licht entweder aus dem Gegenstand 210 austritt oder absorbiert wird. Das Ergebnis der entweder durchlässigen oder absorbierenden Trennbereiche 234 besteht darin, daß für auf einen durchlässigen ersten Bereich 222 auf der Vorderfläche 220 einfallendes Licht der retroreflektierende Gegenstand 210 eine Retroreflexion nur dann aufweisen würde, wenn der Annäherungswinkel des Lichts derart wäre, daß es auf einen der retroreflektierenden Bereiche 232 auf der Rückfläche 230 einfallen würde. In jenen Fällen, in denen der Annäherungswinkel des Lichts derart wäre, daß im wesentlichen alles Licht durch die ersten Bereiche 222 zu einem der Trennbereiche 234 auf der Rückfläche 230 durchgelassen würde, würde der Gegenstand 210 keine Retroreflexion aufweisen.

Auf die zweiten Bereiche 224 der Vorderfläche einfallendes Licht würde durchgelassen, aber nur diffus. Wenngleich ein Teil dieses Lichts auf den retroreflektierenden Bereichen 232 einfallen würde, würde dieser Teil infolgedessen in der Regel zurück zu dem diffus durchlässigen zweiten Bereich 224 retroreflektiert werden, wo er wieder diffus durchgelassen würde. Das Endergebnis ist, daß, sofern überhaupt, wenig von dem durch die zweiten Bereiche 224 durchgelassenen Licht von dem Gegenstand 210 retroreflektiert würde.

4 enthält Strahlen 240, 250 und 260, um die Funktionsweise des retroreflektierenden Gegenstands 210 zu veranschaulichen. Es versteht sich, daß zum Zweck der folgenden Erörterung die Brechung des durch die Vorderfläche 220 hindurchtretenden Lichts ignoriert wird.

Strahl 240 nähert sich unter einem Winkel &agr; bezüglich der Normalachse 214 der Vorderfläche 220 des retroreflektierenden Gegenstands 210. Strahl 240 wird durch den ersten Bereich 222 durchgelassen und fällt auf einen der retroreflektierenden Bereich 232a auf der Rückfläche 230 ein, wo er wieder zurück retroreflektiert wird.

Strahl 250 fällt unter einem Winkel &bgr; bezüglich der Normalachse 214 auf den ersten Bereich 222 der Vorderfläche 220 ein, wo er zu einem der retroreflektierenden Bereich 234 auf der Rückfläche 230 durchgelassen wird. Der Strahl 250 wird wie dargestellt durch die Trennfläche 234 durchgelassen und wird somit nicht zu der Vorderfläche 220 zurückgeschickt.

Strahl 260 fällt auf einen der zweiten Bereiche 224 auf der Vorderfläche 220 ein, wo er derart diffus durchgelassen wird, daß im wesentlichen nichts von dem Licht wieder entlang dem Weg retroreflektiert wird, dem es bei Annäherung an den retroreflektierenden Gegenstand 210 folgte.

Aus der obigen Erörterung von Gegenstand 210 und repräsentativer Lichtstrahlen ist ersichtlich, daß das Licht, während es durch einen Bereich von Annäherungswinkeln abgelenkt wurde, bei einigen Winkeln retroreflektiert würde und bei anderen Winkeln nicht retroreflektiert würde und das diese Bedingungen durch den Bereich von Winkeln abwechseln würden. Das Endergebnis lautet, daß, wo sich die Lichtquelle und der retroreflektierende Gegenstand 210 relativ zueinander derart bewegen würden, daß der Annäherungswinkel des Lichts auf der Vorderfläche 220 sich ändert, der Gegenstand 210 eine modulierende oder blitzende Retroreflexion aufweisen würde.

Der retroreflektierende Gegenstand 210 von 1 weist auch eine andere Beziehung zwischen den ersten und zweiten Bereichen 222/224 auf der Vorderfläche 220 und den retroreflektierenden Bereichen 232 und Trennbereichen 234 auf der Rückfläche 230 auf, nämlich daß der retroreflektierenden Gegenstand 210 eine gleiche Teilung zwischen den verschiedenen Bereichen auf den beiden Oberflächen aufweist. Die Teilung ist durch die Breite der verschiedenen Bereiche auf jeder der beiden Oberflächen 220 und 230 repräsentiert. Jedes Paar benachbarter erster und zweiter Oberflächen 222/224 stellt eine Gruppe auf der Vorderfläche 220 mit einer Breite w1 dar, die die Teilung der Vorderfläche 220 definiert. Die Teilung der Rückfläche 230 wird durch w2 definiert, die die Breite eines der retroreflektierenden Bereiche 232 kombiniert mit der Breite eines benachbarten Trennbereichs 234 enthält.

Es versteht sich, daß insbesondere bezüglich der Vorderfläche 220 die durch die Breite der ersten und zweiten Bereiche 222/224 definierte Teilung groß genug sein sollte, daß die beugenden Effekte einer derartigen Struktur die optischen Charakteristiken des retroreflektierenden Gegenstands 210 nicht dominieren.

Die 5a5c veranschaulichen die Effekte einer Differenz bei der Teilung zwischen der Vorderfläche 320 und der Rückfläche 330 für einen retroreflektierenden Gegenstand 310, wobei w1' nicht gleich w2' ist (siehe 5a). 5a veranschaulicht den Effekt auf normales Licht, während 5b und 5c die Effekte auf Licht veranschaulichen, das unter Winkeln abseits der Normalachse von &egr; bzw. &PHgr; einfällt. Über dem dargestellten Abschnitt des Gegenstands 310 weist die Vorderfläche 320 sechs Paare erster und zweiter Bereiche 322/324 auf. Jedes Paar erster und zweiter Bereiche 322/324 wird als eine Vorderzelle 326 bezeichnet. Infolgedessen weist die Vorderfläche 320 sechs Vorderzellen 326a326f auf (kollektiv als Vorderzellen 326 bezeichnet). Die Rückfläche 330 weist nur fünf Paare retroreflektierender Bereiche 332 und Trennbereiche 334 auf (bei denen zum Zweck der vorliegenden Erörterung angenommen wird, daß sie im wesentlichen alles auf sie einfallende Licht absorbieren). Jedes Paar retroreflektierender Bereiche 332 und Trennbereiche 334 wird als eine Rückzelle 336 bezeichnet. Infolgedessen weist die Rückfläche 330 fünf Rückzellen 336a336e auf (kollektiv als Rückzellen 336 bezeichnet).

Die retroreflektierenden Bereiche 332 an der Oberseite und der Unterseite des dargestellten Gegenstands 310 sind mit der entlang der Normalachse 314 auf die ersten Bereiche 322 an der Oberseite und Unterseite des dargestellten retroreflektierenden Gegenstands 310 ausgerichtet, wobei die dazwischen liegenden retroreflektierenden Bereiche 332 auf die ersten Bereiche 322 auf der Vorderfläche 320 fehlausgerichtet sind. Für Gegenstände, die ein Teilungsfehlanpassungsverhältnis w1':w2' aufweisen, das näher an Eins liegt, als in 5a5c dargestellt, könnte eine viel größere Anzahl von Vorder- und Rückzellen 326/336 vorliegen, zwischen denen die ersten Bereiche 322 auf der Vorderfläche 320 auf die retroreflektierenden Bereiche 332 auf der Rückfläche 330 entlang der Normalachse 314 ausgerichtet sind. Der Einfachheit halber ist in 5a5c eine Teilungsfehlanpassung von nur 6:5 dargestellt, um die Prinzipien zu erläutern, die auch für viel kleinere Fehlanpassungen bei der Teilung gelten würden, das heißt, wo sich das Verhältnis Eins annähert (zum Beispiel ein Verhältnis Vorder- zu Rückzellen von 1001:1000), sowie dort, wo die Anzahl der Zellen auf der Vorderfläche kleiner ist als die Anzahl der Zellen auf der Rückfläche. Davon unabhängig ist jedoch zu verstehen, daß die unten beschriebenen Effekte auch über größere Bereiche von mikrostrukturierten retroreflektierenden Gegenständen gelten, die gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung konstruiert sind.

Für normales Licht wie in 5a dargestellt wird im wesentlichen alles auf dem ersten Bereich 322 der obersten Vorderzelle 326a einfallende Licht zu dem retroreflektierenden Bereich 332a durchgelassen, und im wesentlichen alles auf den ersten Bereich 322 der untersten Vorderzelle 326f einfallende Licht wird zum unteren retroreflektierenden Bereich 332e durchgelassen. Infolgedessen wird im wesentlichen alles auf den ersten Bereichen 322a und 322f einfallende Licht retroreflektiert.

Nur ein Teil des auf den ersten Bereichen 322b und 322e einfallenden normalen Lichts wird zu den retroreflektierenden Bereichen 332b bzw. 332d durchgelassen, und nur ein Teil dieses Lichts wird zurück zu den ersten Bereichen retroreflektiert. Infolgedessen wird nur ein Teil des auf den ersten Bereichen 322b und 322e einfallenden normalen Lichts retroreflektiert. Im wesentlichen wird nichts von dem auf den beiden mittleren ersten Bereichen 322c und 322d einfallenden normalen Licht zu einem der retroreflektierenden Bereiche 332 durchgelassen. Infolgedessen wird im wesentlichen nichts von dem auf die ersten Bereiche 322c und 322d einfallenden normalen Licht retroreflektiert.

Wie man am besten aus 5aa erkennen kann, wird der visuelle Effekt für einen Betrachter, der die Vorderfläche 320 des retroreflektierenden Gegenstands 310 entlang seiner Normalachse ansieht, das Erscheinungsbild von zwei hellen Bändern von Retroreflexion an der Oberseite und Unterseite des Gegenstands 310 entsprechend der Stelle der Vorderzellen 326a und 326f sein. Diese hellen Bänder von Retroreflexion sind in 5aa als weiß (das heißt unschattiert) dargestellt. Bei Bewegung in Richtung auf die Mitte des Gegenstands 310 erscheinen zwei Bänder geringerer Helligkeit neben den beiden hellen der Retroreflexion, wobei die Bereiche geringerer Helligkeit den Vorderzellen 326b und 326e entsprechen. Diese Bänder mit einer dazwischen liegenden oder geringeren Helligkeit sind in 5aa kreuzschraffiert. In der Mitte des retroreflektierenden Gegenstands 310 (entsprechend den Vorderzellen 326c und 326d) würde der Betrachter kein zurückgeschicktes Licht sehen, das heißt, der Bereich des Gegenstands 310 würde dunkel erscheinen. Die Zellen ohne Retroreflexion sind in 5aa als massivschwarz dargestellt.

5b veranschaulicht den Effekt des retroreflektierenden Gegenstands 310 auf unter einem Winkel &egr; mit der Normalachse 314 des retroreflektierenden Gegenstands 310 auf die Vorderfläche 320 einfallendes Licht. Nur ein Teil des auf die ersten Bereiche 322a, 322d und 322f unter einem Winkel &egr; einfallenden Lichts wird zu den retroreflektierenden Bereichen 332a, 332c bzw. 332e durchgelassen. Infolgedessen wird nur ein Teil des auf den ersten Bereichen 322a, 322d und 322f unter einem Winkel &egr; einfallenden Lichts retroreflektiert. Im wesentlichen nichts von dem auf den ersten Bereichen 322b und 322c unter einem Winkel &egr; einfallenden Licht wird zu einem retroreflektierenden Bereich 332 durchgelassen. Infolgedessen wird im wesentlichen nichts von dem auf den ersten Bereichen 322b und 322c unter einem Winkel &egr; einfallenden Licht retroreflektiert. Im wesentlichen alles auf dem ersten Bereich 322e unter einem Winkel &egr; einfallende Licht wird zu dem retroreflektierenden Bereich 332d durchgelassen. Infolgedessen wird im wesentlichen alles auf dem ersten Bereich 322e unter einem Winkel &egr; einfallende Licht retroreflektiert.

Wie man am besten in 5bb erkennen kann, ist der visuelle Effekt für einen Betrachter, der die Vorderfläche 320 des retroreflektierenden Gegenstands 310 unter einem Winkel &egr; relativ zur Normalachse 314 sieht, das Erscheinungsbild eines einzelnen hellen Bandes von Retroreflexion entsprechend allgemein der Stelle der Vorderzelle 226e. Dieses helle Band von Retroreflexion ist in 5bb als weiß (das heißt unschattiert) dargestellt. Die allgemein den Vorderzellen 326a, 326d und 326f entsprechenden Bereiche erscheinen als Bänder geringerer Helligkeit relativ zu dem voll retroreflektierten Licht von der Vorderzelle 326e. Diese Bänder mit dazwischen liegender oder geringerer Helligkeit sind in 5bb kreuzschraffiert. Die Vorderzellen 326b und 326c würden im wesentlichen nichts von dem unter dem Winkel &egr; auf den Gegenstand 310 einfallenden Licht zurückschicken, und infolgedessen würde dieser Bereich des Gegenstands 310 für einen Betrachter dunkel erscheinen, der den Gegenstand 310 unter diesen Winkel sieht. Die Zellen ohne Retroreflexion sind in 5bb als massivschwarz dargestellt.

5c veranschaulicht den Effekt des retroreflektierenden Gegenstands 310 auf unter einem Winkel von &PHgr; mit der Normalachse 314 des retroreflektierenden Gegenstands 310 auf die Vorderfläche 320 einfallendes Licht, wobei der Absolutwert von &PHgr; größer ist als der Absolutwert des in 5b dargestellten Winkels &egr;. Im wesentlichen alles unter dem Winkel &PHgr; auf dem ersten Bereich 322d einfallende Licht wird zu dem retroreflektierenden Bereich 332c durchgelassen. Infolgedessen wird im wesentlichen alles unter diesem Winkel auf den ersten Bereich 322d einfallende Licht retroreflektiert. Nur ein Teil des unter dem Winkel &PHgr; auf die ersten Bereiche 322c und 322e einfallenden Lichts wird zu den retroreflektierenden Bereichen 332b bzw. 332d durchgelassen. Infolgedessen wird nur ein Teil des unter einem Winkel &PHgr; auf die ersten Bereiche 322c und 322e einfallenden Lichts retroreflektiert. Im wesentlichen nichts von dem auf den ersten Bereichen 322a, 322b und 322f unter einem Winkel &PHgr; einfallenden Lichts wird zu einem retroreflektierenden Bereich 332 durchgelassen. Infolgedessen wird im wesentlichen nichts von dem unter dem Winkel &PHgr; auf den ersten Bereichen 322a, 322b und 322f einfallenden Lichts retroreflektiert.

Wie man am besten in 5cc erkennen kann, ist der visuelle Effekt für einen Betrachter, der die Vorderfläche 320 des retroreflektierenden Gegenstands 310 unter einem Winkel &PHgr; relativ zu einer Normalachse sieht, das Erscheinungsbild eines einzelnen hellen Bandes von Retroreflexion entsprechend allgemein der Stelle der Vorderzelle 326d. Dieses helle Band von Retroreflexion ist in 5cc als weiß (das heißt unschattiert) dargestellt. Die allgemein den Vorderzellen 326c und 326e entsprechenden Bereiche erscheinen als Bänder geringerer Helligkeit relativ zu dem voll retroreflektierten Licht von der Vorderzelle 326d. Diese Bänder mit dazwischen liegender oder geringerer Helligkeit sind in 5cc kreuzschraffiert. Die Vorderzellen 326a, 326b und 326f würden im wesentlichen nichts von dem unter dem Winkel &PHgr; auf den Gegenstand 310 einfallenden Licht zurückschicken, und infolgedessen würden jene Bereiche des Gegenstands 310 für einen Betrachter dunkel erscheinen, der den Gegenstand 310 unter diesen Winkel sieht. Die Zellen ohne Retroreflexion sind in 5cc als massivschwarz dargestellt.

Eine Analyse der Effekte auf unter den verschiedenen Winkeln in 5a5c und 5aa5cc einfallendes Licht zeigt, daß der Effekt des Erhöhens des Einfallswinkels (in einem absoluten Sinne) von normal zum Winkel &egr; und dann zum Winkel &PHgr; bewirkt, daß sich das untere Helligkeitsband allgemein entsprechend der Vorderzelle 326f in 5a und 5aa nach oben zur Vorderzelle 326e in den 5b und 5bb verschiebt. Dieses Band von Retroreflexion verschiebt sich weiter nach oben zur Vorderzelle 326d in den 5c und 5cc. Diese Relativbewegung kann bei einigen Anwendungen nützlich sein, in denen es erscheinen kann, daß die Helligkeitsbereiche sich relativ zum Beispiel zu dem Fahrer in einem Fahrzeug bewegen, das sich an dem retroreflektierenden Gegenstand 310 vorbeibewegt, weil diese Bewegung bewirkt, daß sich der Einfallswinkel für Licht von den Lampen des Fahrzeugs sowie des Betrachters (das heißt Fahrers) relativ zur Normalachse des retroreflektierenden Gegenstands 310 bewegt.

Es kann hilfreich sein, einen Bereich 340 (siehe 5aa5cc) vorzusehen, der retroreflektiv ist, für Licht, das sich aus einem weiten Bereich von Winkeln (einschließlich normales Licht sowie Licht, das sich unter den Winkeln &egr; und &PHgr; annähert) dem retroreflektierenden Gegenstand 310 annähert. Der retroreflektierende Bereich 340 kann einen Bezugsrahmen für das von den Vorderzellen 326 retroreflektierte Licht bilden. Die Verwendung dieses Bezugsrahmens unterstützt Betrachter beim wahrnehmen der sich verschiebenden Retroreflexion von den Vorderzellen 326 des retroreflektierenden Gegenstands 310.

Es versteht sich, daß wie hier beschrieben die Breite der verschiedenen Merkmale auf den retroreflektierenden Gegenständen 210 und 310 im wesentlichen quer zu der Achse gemessen wird, entlang derer die bevorzugt säulenartigen ersten und zweiten Bereiche, retroreflektierenden Bereiche und Trennbereiche allgemein ausgerichtet sind.

Obwohl die Trennbereiche 334 in dem retroreflektierenden Gegenstand 310 oben so beschrieben sind, daß sie absorbieren, ist zu verstehen, daß die Trennbereiche statt dessen andere optische Charakteristiken aufweisen können. Wenn die Trennbereiche 334 beispielsweise durchlässig sind, können die ersten Bereiche 322, die alles oder einen Teil des auf sie einfallenden Lichts zu den Trennbereichen 334 durchlassen, dunkel oder relativ zu den ersten Bereichen 322, die im wesentlichen alles einfallende Licht zu einem der retroreflektierenden Bereiche 332 durchlassen, mit reduzierter Helligkeit erscheinen. Alternativ können die durchlässigen Bereiche das Betrachten einer Fläche oder eines Bilds gestatten, die oder das sich in der Nähe der Rückfläche 330 des retroreflektierenden Gegenstands 310 befindet. Bei einer anderen Variation können die Bänder von Retroreflexion, die von retroreflektierenden Bereichen 332 durch die ersten Bereiche 322 zurückkehren, durch Bänder verschiedenfarbiger Retroreflexion getrennt sein, wobei die Trennbereiche 334 retroreflektierenden Strukturen aufweisen, die Licht mit einer oder mehreren verschiedenen optischen Charakteristiken von dem Licht retroreflektieren, das von den retroreflektierenden Bereichen 332 retroreflektiert wird, wie oben erörtert.

Die 68 zeigen eine weitere Ausführungsform von retroreflektierenden Gegenständen gemäß der vorliegenden Erfindung. Der retroreflektierende Gegenstand 410 enthält eine Vorderfläche 420 und eine Rückfläche 430. Die oben beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weisen erste und zweite Bereiche auf ihren Vorderflächen auf, wo verschiedene Durchlässigkeitseigenschaften der Bereiche auf der Vorderfläche für die Funktionsweise des retroreflektierenden Gegenstands wichtig sind. Der retroreflektierende Gegenstand 410 basiert jedoch auf unterschiedlichen reflektierenden Eigenschaften der Bereiche auf der Vorderfläche 420 und einer Rückfläche 430, die retroreflektierende Bereiche 432 und Trennbereiche 434 aufweist, um eine modulierende Retroreflexion bereitzustellen.

Licht tritt in den retroreflektierenden Gegenstand 410 durch ein optisches Fenster 414 ein, das bevorzugt im wesentlichen durchlässig ist. Es wird bevorzugt, daß die Vorder- und Rückflächen 420 und 430 allgemein planar sind. Es wird außerdem bevorzugt, daß die Vorder- und Rückflächen 420 und 430 allgemein parallel zueinander verlaufen. Ferner wird bevorzugt, daß die Endfläche 415 sich im wesentlichen zwischen den Vorder- und Rückflächen 420 und 430 erstreckt.

Die Vorderfläche 420 enthält erste Bereiche 422, die bevorzugt im wesentlichen Abschnitte des auf sie einfallenden Lichts und zweite Bereiche 424, die im wesentlichen weniger auf sie einfallendes Licht reflektieren, als von den ersten Bereichen 422 reflektiert wird. Die optischen Eigenschaften der ersten und zweiten Bereiche 422/424 können in einem oder mehreren der folgenden Punkte differieren: Absorption, Reflexion, Teilreflexion, Retroreflexion, Reflexionswinkel, Durchlässigkeit, Farbe, Polarisation usw.

Die retroreflektierenden Bereiche 432 weisen bevorzugt mehrere retroreflektierende Strukturen auf, in der Regel Würfeleckelemente, wenngleich zu verstehen ist, daß die retroreflektierenden Bereiche 432 andere retroreflektierende Strukturen wie etwa retroreflektierende Kügelchen oder Kugeln, konische retroreflektierende Strukturen und andere retroreflektierende Strukturen aufweisen könnten. Die Trennbereiche 434 können eine Vielzahl optischer Effekte bereitstellen, wie unten ausführlicher beschrieben wird. Der bevorzugte retroreflektierende Gegenstand 410 weist jedoch reflektierende Trennbereiche 434 auf.

Es wird bevorzugt, ist aber nicht erforderlich, daß die ersten und zweiten Bereiche 422/424 in Säulen angeordnet sind, die im allgemeinen auf die Achse 412 ausgerichtet sind. Die retroreflektierenden Bereiche 432 und Trennbereiche 434 auf der Rückfläche 430 sind ebenfalls bevorzugt in Säulen angeordnet, die allgemein auf die Achse 412 ausgerichtet sind.

7 und 7a veranschaulichen den Weg von zwei Lichtstrahlen 440 und 460, die durch ein optisches Fenster 414 in den retroreflektierenden Gegenstand 410 eintreten. Bei dieser Ausführungsform wird bevorzugt, daß die Trennbereiche 434 spiegelnd reflektieren.

Strahl 440 tritt in den retroreflektierenden Gegenstand 410 durch das optische Fenster 414 ein, wo er in Richtung auf einen der reflektierenden ersten Bereiche 422 durchgelassen wird. Von dem ersten Bereich 422 wird der Strahl 440 spiegelnd in Richtung auf einen der Trennbereiche 434 reflektiert. Bei dem Trennbereich 434 wird der Strahl 440 (entweder durch Totalreflexion oder mit einem reflektierenden Material) in Richtung auf die Endfläche 415 des retroreflektierenden Gegenstands 410 reflektiert.

Beim retroreflektierenden Gegenstand 410 ist die Endfläche 415 bevorzugt retroreflektierend, das heißt, sie retroreflektiert auf sie einfallendes Licht. Infolgedessen wird der Strahl 440 von der Endfläche 415 zurück in Richtung auf den Trennbereich 434retroreflektiert, wo er in Richtung auf den ersten Bereich 422 auf der Vorderfläche 420 zurückreflektiert wird. Bei der ersten Fläche 422 wird der Strahl 440 in Richtung auf das optische Fenster 414 zurückreflektiert, wo er von dem retroreflektierenden Gegenstand 410 retroreflektiert wird.

Der Strahl 460 tritt in den retroreflektierenden Gegenstand 410 an einem Punkt 470 am optischen Fenster 414 ein, wo er in Richtung auf einen der reflektierenden ersten Bereiche 422 auf der Vorderfläche 420 durchgelassen wird. Vom ersten Bereich 422 wird der Strahl 460 spiegelnd in Richtung auf einen der retroreflektierenden Bereiche 432 auf der Rückfläche 430 reflektiert. Infolgedessen wird der Strahl 460 in Richtung auf den ersten Bereich 422 auf der Vorderfläche 420 retroreflektiert. An der Vorderfläche 420 wird der Strahl 460 in Richtung des optischen Fensters 414 zurückreflektiert, wo er aus dem retroreflektierenden Gegenstand 410 austritt und somit retroreflektiert wird. Weil der Strahl 460 zu einem der retroreflektierenden Bereiche 432 auf der Rückfläche 430 reflektiert wird, läuft er nicht weiter bis zur Endfläche 415 wie der Strahl 440. Viel mehr wird der Strahl 460 von seinem Einfallspunkt auf dem retroreflektierenden Bereich 432 zurückgeschickt, wie in 7 und 7a zu sehen ist.

Bei dieser Ausführungsform wird bevorzugt, daß von den retroreflektierenden Bereichen 432 auf der Rückfläche 430 retroreflektiertes Licht sich (für einen Betrachtet) von Licht unterscheiden läßt, das von der Endfläche 415 des retroreflektierenden Gegenstands 410 retroreflektiert wird. Ein Beispiel für eine Differenz bei der Retroreflexion ist eine Änderung bei der Helligkeit oder Intensität des von der Endfläche 415 retroreflektierten Lichts im Vergleich zu dem von den retroreflektierenden Bereichen 432 retroreflektierten Licht. Ein weiteres Beispiel für eine Differenz bei der Retroreflexion ist eine Änderung bei der Farbe des von der Endfläche 415 retroreflektierten Lichts im Vergleich zu der Farbe des von den retroreflektierenden Bereichen 432 retroreflektierten Lichts. Andere Variationen beim retroreflektierten Licht werden oben bezüglich der retroreflektierenden Bereiche und Trennbereiche an anderen veranschaulichenden retroreflektierenden Gegenständen beschrieben.

Wenngleich nicht gezeigt, versteht sich, daß man den gleichen Effekt erzielen könnte, wenn die Trennbereiche 434 des retroreflektierenden Gegenstands 410 auf eine Weise retroreflektierend wären, die sich von der retroreflektierenden Natur der retroreflektierenden Bereiche 432 unterscheiden lassen würden.

Bei einer weiteren Variation könnten die Trennbereiche 434 in dem retroreflektierenden Gegenstand 410 derart durchlässig oder absorbierend sein, daß auf Trennbereiche 434 von der Vorderfläche 420 einfallendes Licht entweder den Gegenstand 410 durch die Rückfläche 430 verläßt oder absorbiert wird. Das Ergebnis von entweder durchlässigen oder absorbierenden Trennbereichen 434 ist, daß der retroreflektierende Gegenstand 410 für in den Gegenstand 410 durch das Fenster 414 eintretendes Licht für einen nicht gezeigten Betrachter, der das Fenster 414 des retroreflektierenden Gegenstands 410 entlang oder in der Nähe des Wegs des einfallenden Lichts sieht, nur dann eine Retroreflexion aufweisen würde, wenn die reflektierende Vorderfläche 420 das einfallende Licht zu den retroreflektierenden Bereichen 432 reflektiert.

Der retroreflektierende Gegenstand 410 kann sich besonders gut eignen zum Einsatz als Fahrbahndeckenmarkierung, das heißt ein Objekt, das zur Plazierung auf einer Fahrbahn zum Markieren von Spuren, Fußgängerübergängen und so weiter ausgelegt ist. Es versteht sich, daß retroreflektierenden Gegenstände ähnlich den in 68 gezeigten auch andere Anwendungen finden können.

9 veranschaulicht eine weitere Variation bei retroreflektierenden Gegenständen gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei dem retroreflektierenden Gegenstand 510 liegen die ersten Bereiche 522 und zweiten Bereiche 524 auf der Vorderfläche 520 in Säulen, die im allgemeinen entlang einer ersten Achse 512 ausgerichtet sind. Die Rückfläche 530 weist bevorzugt retroreflektierende Bereiche 532 und Trennbereiche 534 auf, die in abwechselnden, allgemein auf die zweite Achse 514 ausgerichteten Säulen liegen. Die ersten und zweiten Achsen 512/514 verlaufen nicht parallel zueinander.

Die optischen Effekte, die bereitgestellt werden, indem die ersten und zweiten Bereiche 522/524 auf der Vorderfläche 520 bezüglich der retroreflektierenden Bereiche 532 und Trennbereiche 534 der Rückfläche 530 „außeraxial" orientiert werden, besteht darin, daß der retroreflektierende Gegenstand 510 Bereiche aufweist, die für Licht mit einem gegebenen Annäherungswinkel retroreflektierend sind, und Bereiche, die nicht retroreflektierend sind (oder auf unterscheidbare Weise wie oben beschrieben retroreflektierend sind). Die Unterschiede können der Transmission von Licht zwischen den ersten und zweiten Bereichen 522/524 auf der Vorderfläche 520 und den retroreflektierenden Bereichen und Trennbereichen auf der Rückfläche 530 zugeschrieben werden.

Eine weitere Variation bei retroreflektierenden Gegenständen gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 10 dargestellt, wo der retroreflektierende Gegenstand 610 Vorder- und Rückflächen 620 und 630 enthält, die nicht parallel zueinander verlaufen. Der optische Effekt, die Vorder- und Rückflächen 620 und 630 in einer nicht-parallelen Anordnung zu orientieren, liegt darin, daß das von der Vorderfläche 620 des retroreflektierenden Gegenstands 610 retroreflektierte Muster als Moiré-Effekt erscheint. Wenn die Teilung der verschiedenen Bereiche sowohl auf den Vorder- als auch Rückflächen 620 und 630 gleich sind, dann würde das beobachtete Licht zu einem retroreflektierenden Ein/Aus-Blinken zurückkehren, wenn die Vorder- und Rückflächen 620 und 630 parallel zueinander orientiert wären (unter der Annahme, daß das auf den Trennbereichen einfallende Licht nicht zu einem Betrachter zurückgeschickt würde, der sich entlang eines Weges auf oder in der Nähe des Weges des einfallendes Lichts befindet).

Die nicht-parallele Orientierung zwischen dem ersten und Rückflächen könnte unter Verwendung von einem oder zwei separaten Körpern bewerkstelligt werden. Wenn die Flächen 620 und 630 an einem unitären Körper angeordnet wären, zum Beispiel einer Folie, dann könnte eine Auslenkung der Folie von einem planaren Status eine Änderung im Retroreflexionsmuster bewirken. Dieser Effekt könnte zum Beispiel in Verbindung mit Ausrichtmechanismen, Temperaturerfassung, Druckerfassung und anderen Situationen nützlich sein, bei denen eine Auslenkung eine Anzeige für eine Änderung bei irgendeiner physikalischen Eigenschaft sein könnte.

11 zeigt noch einen weiteren retroreflektierenden Gegenstand 710 gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem die relativen Breiten der retroreflektierenden Bereiche 732 und der Trennbereiche 734 einen Effekt auf die optische Leistung des retroreflektierenden Gegenstands 710 haben können. Die Breite der retroreflektierenden Bereiche und Trennbereiche der bisher beschriebenen retroreflektierenden Gegenstände sind im wesentlichen gleich gewesen. Beim retroreflektierenden Gegenstand 710 ist die Breite wrr der retroreflektierenden Bereiche 732 größer als die Breite ws der Trennbereiche 734, das heißt, die retroreflektierenden Bereiche 732 belegen mehr vom Flächeninhalt der Rückfläche 730 als die Trennbereiche 734. Zum Zweck der vorliegenden Erörterung ist die Breite wf eines Paars benachbarter erster und zweiter Bereiche 722/724 auf der Vorderfläche 720 im wesentlichen gleich der Breite wb eines benachbarten Paars aus einem retroreflektierenden Bereich 732 und einem Trennbereich 734.

11 weist einen ersten Satz von Strahlen 740a, 740b, 740c und 740d auf (kollektiv als „Strahlen 740" bezeichnet), die sich alle der Vorderfläche 720 des retroreflektierenden Gegenstands 710 parallel zur Normalachse 780 nähern. Die Strahlen 740a und 740b werden durch einen der durchlässigen ersten Bereiche 722 zu einem der retroreflektierenden Bereiche 732 auf der Rückfläche 730 des retroreflektierenden Gegenstands 710 durchgelassen. Infolgedessen werden die Strahlen 740a und 740b auf im wesentlichem dem gleichen Weg retroreflektiert, entlang dem sie in den Gegenstand 710 eingetreten sind. Entlang dieses Annäherungswinkels ist die optische Leistung des retroreflektierenden Gegenstands 710 ähnlich vielen der oben beschriebenen retroreflektierenden Gegenstände. Die Strahlen 740c und 740d fallen auf einen der zweiten Bereiche 724 ein, wo sie bei dieser Ausführungsform absorbiert werden.

Ein zweiter Satz von Strahle 750a, 750b, 750c und 750d (kollektiv als „Strahlen 750" bezeichnet) sind ebenfalls in 11 gezeigt und nähern sich unter einem Winkel &thgr; bezüglich der Normalachse 740 des retroreflektierenden Gegenstands 710 der Vorderfläche 720 des retroreflektierenden Gegenstands 710. Die Strahlen 750a und 750b treten in den retroreflektierenden Gegenstand 710 durch einen der durchlässigen ersten Bereiche 722 unter dem gleichen Winkel ein, sie werden aber nicht beide zu einem retroreflektierenden Bereich 732 durchgelassen. Statt dessen wird Strahl 750a zu dem retroreflektierenden Bereich 732 durchgelassen, wie in 11 gezeigt, während Strahl 750b zu dem Trennbereich 734 durchgelassen wird und aus dem retroreflektierenden Gegenstand 710 herausgelassen wird. Die Strahlen 750c und 750d fallen auf einen der zweiten Bereiche 724 ein, wo sie absorbiert werden. Infolgedessen wird eine reduzierte Menge des auf der Vorderfläche 720 des retroreflektierenden Gegenstands 710 unter einem Winkel &thgr; einfallenden Lichts retroreflektiert.

Der Effekt, den Prozentsatz der Rückfläche, der von retroreflektierenden Bereichen belegt wird, im Vergleich zu Trennbereichen zu variieren, ist in 12 graphisch dargestellt. Zu Vergleichszwecken wird angenommen, daß zu einem der Trennbereiche durchgelassenes Licht absorbiert, durchgelassen oder auf andere Weise so beeinflußt wird, daß es nicht zu einem Betrachter zurück geschickt wird, der sich am oder in der Nähe des Wegs befindet, entlang dem das Licht auf den retroreflektierenden Gegenstand einfällt. Die horizontale Achse in 12 ist repräsentativ für verschiedene Annäherungswinkel für das einfallende Licht, während die vertikale Achse die Intensität des zurückgeschickten Lichts anzeigt.

Linie 760 in 12 stellt die optische Leistung eines retroreflektierenden Gegenstands dar, bei dem die retroreflektierenden Bereiche im wesentlichen genauso breit sind wie die Trennbereiche und bei dem die Teilung des Musters von Bereichen auf der Vorderfläche des retroreflektierenden Gegenstands im wesentlichen gleich der Teilung der retroreflektierenden Bereiche und Trennbereiche auf der Rückfläche ist. Die Intensität des entlang des Wegs des einfallenden Lichts des zurückgeschickte Lichts (das heißt retroreflektierten) wird durch Linie 760 dargestellt regelmäßig von einem Maximum bis Null, wenn sich der Annäherungswinkel des einfallenden Lichts ändert.

Die gestrichelte Linie 770 in 12 stellt die optische Leistung des retroreflektierenden Gegenstands 710 dar, bei dem die retroreflektierenden Bereiche dreimal so breit sind wie die Trennbereiche. Das Ergebnis auf die Intensität des vom Gegenstand 710 über einen Bereich von Annäherungswinkeln retroreflektierten einfallendes Lichts variiert. Infolgedessen würde es nicht scheinen, daß der retroreflektierende Gegenstand ein- und ausblinkt, wenn sich das einfallende Licht und ein assoziierter Betrachter dem retroreflektierenden Gegenstand 710 unter einem sich ändernden Winkel annähern (zum Beispiel ein Fahrer, der sich dem retroreflektierenden Gegenstand 710 nicht entlang seiner Normalachse annähert). Der retroreflektierende Gegenstand 710 würde statt dessen zu modulieren, zu pulsieren oder hinsichtlich der Intensität oder Helligkeit zu variieren scheinen, wenn der Annäherungswinkel über den in 12 gezeigten Bereich von Winkeln variiert.

11 und 12 können auch verwendet werden, um ein weiteres Merkmal der retroreflektierenden Gegenstände gemäß der vorliegenden Erfindung zu erörtern, das heißt die Fähigkeit, die Blinkrate der retroreflektierenden Gegenstände zu variieren. Wenn alle anderen Variablen bei zwei retroreflektierenden Gegenständen gemäß der vorliegenden Erfindung gleich sind, weist derjenige retroreflektierenden Gegenstand, der einen größeren Abstand zwischen Vorder- und Rückfläche aufweist, eine höhere Blinkrate auf. Unter höherer Blinkrate wird verstanden, daß die Intensität des von einem „dickeren" retroreflektierenden Gegenstand zurückgeschickten Lichts den Maximalwert öfter über einen gegebenen Bereich von Annäherungswinkeln erreicht. Unter Bezugnahme auf 12 sind die Spitzen in den Linien 760 oder 770 bei einem dickeren retroreflektierenden Gegenstand enger beabstandet. Die Dicke eines retroreflektierenden Gegenstands ist für diese Zwecke definiert als der Abstand zwischen der Vorderfläche und der Rückfläche und gilt somit für retroreflektierende Gegenstände, die von einem einzelnen Körper umgeben sind, sowie jene, bei denen die erste und die Rückfläche an separaten Körpern vorgesehen sind.

13 zeigt eine weitere Ausführungsform eines retroreflektierenden Gegenstands 910 gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der die Vorderfläche 920 durchlässige erste Bereiche 922 und zweite Bereiche 924 aufweist, die eine andere Lichtmenge durchlassen, zum Beispiel sind die zweiten Bereiche 924 absorbierend, reflektierend usw. Ein weiteres Merkmal des retroreflektierenden Gegenstands 910 liegt darin, daß die Rückfläche 930 mehr als zwei verschiedene Bereiche aufweist, die mehr als zwei verschiedene optische Eigenschaften zeigen. Wie dargestellt weist der retroreflektierende Gegenstand 910 drei verschiedene retroreflektierende Bereiche 934a, 934b und 934c auf (kollektiv als retroreflektierende Bereiche 934 bezeichnet). Die verschiedenen retroreflektierenden Bereiche 934 zeigen bevorzugt verschiedene optische Charakteristiken wie etwa verschiedene Farben, verschiedene Intensitäten und so weiter. Bevorzugt, aber nicht notwendigerweise, sind die retroreflektierenden Bereiche 934 in einem sich wiederholenden Array über die Rückfläche 930 vorgesehen. Es versteht sich, daß mehr als drei verschiedene retroreflektierende Bereiche 934 vorgesehen sein könnten und das die Rückfläche 930 auch Bereiche aufweisen könnte, die durchlässig, absorbierend oder reflektierend (spiegelnd oder diffus) sind in Kombination mit einem oder mehreren verschiedenen retroreflektierenden Bereichen.

Da durch die durchlässigen ersten Bereiche 922 durchgelassenes Licht seine Richtung als Reaktion auf sich ändernde Annäherungswinkel ändert, trifft das Licht auf verschiedene retroreflektierende Bereiche 934 auf der Rückfläche 930 auf, wodurch man unterschiedliche optische Effekte auf der Basis der optischen Charakteristiken des oder der retroreflektierenden Bereiche 934 erhält, auf die das Licht einfällt.

Es versteht sich, daß die retroreflektierenden Gegenstände gemäß der vorliegenden Erfindung die Form von Bahnenmaterial, Filmen und Körpern mit einer Starrheit, die ansonsten nicht mit Bahnenmaterialien oder Filmen assoziiert ist, annehmen können.

Retroreflektierende Gegenstände gemäß der vorliegenden Erfindung können durch Replikation unter Verwendung von durch viele verschiedene Verfahren ausgebildeten Werkzeugen hergestellt werden, einschließlich jener, die in der Regel als Pin-Bundling (Nadelbündelung) und direkte Bearbeitung bezeichnet werden, Werkzeuge, die unter Verwendung von Pin-Bundling hergestellt werden, werden hergestellt, indem individuelle Nadeln zusammengebracht werden, die jeweils einen Endabschnitt aufweisen, der mit den gewünschten Merkmalen des retroreflektierenden Gegenstands geformt ist. Beispiele für Pin-Bundling sind zum Beispiel in dem US-Patent Nr.3,926,402 an Heenan et al. und den GB-Patenten Nrn. 423,464 und 441,319 an Leray beschrieben. Die Direktbearbeitungstechnik, manchmal als Gitterteilen bezeichnet, beinhaltet das Schneiden von Abschnitten eines Substrats, um ein Muster von Nuten zu erzeugen, die sich schneiden und retroreflektierende Strukturen bilden. Beispiele für solche Gitterteilungs-, Formungs- und Frästechniken werden beschrieben in US-Patenten Nrn. 3,712,706 (Stamm); 4,349,598 (White); 4,588,258 (Hoopman); 4,895,428 (Nelson et al.); 4,938,563 (Nelson et al.). Obwohl die retroreflektierenden Gegenstände der hier beschriebenen vorliegenden Erfindung im allgemeinen aus Werkzeugen hergestellt werden, die durch direkte Bearbeitung ausgebildet werden, versteht sich, daß alle anderen geeigneten Verfahren verwendet werden könnten.

Wegen der Empfindlichkeit der retroreflektierenden Gegenstände gegenüber Variationen bei der Teilung zwischen Vorder- und Rückflächen wird ein Verfahren zum Herstellen eines retroreflektierenden Gegenstands 1010 (siehe 14) gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Der retroreflektierende Gegenstand 1010 weist eine Vorderfläche 1020 mit verschiedenen Bereichen wie etwa ersten und zweiten Bereichen 1022 und 1024 wie oben beschrieben auf. Die Rückfläche 1030 der retroreflektierenden Gegenstände 1010 weist mehrere retroreflektierende Bereiche 1032 und Trennbereiche 1034 auf.

Die retroreflektierenden Bereiche 1032 des retroreflektierenden Gegenstands 1010 weisen jeweils mehrere retroreflektierende Kügelchen 1040 auf, die sich in einem Bindemittel 1042 befinden, das auf dem retroreflektierenden Gegenstand 1010 festgeklebt ist. Die Kügelchen 1040 können auch mit einem Abstandshaltermantel 1046 und reflektierendem Material 1048 teilweise verkapselt sein, wie dem Fachmann durchaus bekannt ist. Das Bindemittel 1042 wird bevorzugt durch den Einsatz von Lichtenergie zum Beispiel Ultraviolettlicht gehärtet, wie wohl bekannt ist. Infolgedessen können die retroreflektierenden Bereiche unter Verwendung von Lichtenergie in dem unten beschriebenen Prozeß mit der ordnungsgemäßen Teilung ausgebildet werden. Es wird nun ein Verfahren zum Herstellen des retroreflektierenden Gegenstands 1010 beschrieben.

Die Vorderfläche 1020 könnte in einem geeigneten Körper 1012 wie etwa einer Folie oder Film ausgebildet werden, bei dem die gegenüberliegende Fläche 1014 bevorzugt glatt, das heißt planar, war. Die gegenüberliegende Fläche 1014 würde dann im wesentlichen über ihre ganze Fläche mit einer Mischung aus retroreflektierenden Kügelchen 1040 und Bindemittellösung 1044 beschichtet werden (siehe 15). Lichtenergie mit der oder den entsprechenden Wellenlängen, die zum Härten der Bindemittellösung erforderlich sind, würde dann so auf die Vorderfläche 1020 gerichtet werden, daß die Lichtenergie durch den Körper 1012 zu den retroreflektierenden Bereichen 1032 auf dem fertiggestellten retroreflektierenden Gegenstand 1010 durchgelassen wird (siehe 14).

In jenen Bereichen, wo die Lichtenergie auf die Bindemittellösung 1044 einfällt, werden die retroreflektierenden Kügelchen 1040 in dem gehärteten Bindemittel 1042 zurückgehalten werden. In jenen Bereichen, wo das Licht nicht auf die Bindemittellösung 1044 fällt, können die Kügelchen 1040 und die Bindemittellösung nach dem Härten der retroreflektierenden Bereiche 1032 entfernt werden. Das Aufbringen etwaiger Abstandshaltermäntel und reflektierender Materialien kann durch ein beliebiges geeignetes Verfahren bewerkstelligt werden.

Ein signifikanter Vorteil bei diesem Verfahren besteht darin, daß der Winkel der zum Härten des Bindemittels 1042 verwendeten Lichtenergie gesteuert werden kann, was zu der präzisen Ausbildung der retroreflektierenden Bereiche 1032 und Trennbereiche 1034 relativ zu der Position der ersten und zweiten Bereiche 1022/1024 auf der Vorderfläche 1020 des retroreflektierenden Gegenstands 1010 für diesen Winkel einfallenden Lichts führt. Das Ergebnis ist, daß Expositionen unter unterschiedlichen Winkeln verwendet werden können, um die gewünschten retroreflektierenden Eigenschaften in dem retroreflektierenden Gegenstand 1010 zu erzeugen.

Zusätzlich zu Expositionen unter verschiedenen Winkeln kann es vorteilhaft sein, vor der Exposition die Vorderfläche 1020 zu maskieren, um visuelle Bilder in dem retroreflektierten Licht bei den verschiedenen Winkeln zu erzeugen. Beispielsweise könnte es scheinen, daß sich eine Blase von dem Boden des retroreflektierenden Gegenstands 1010 in Richtung auf ihre Oberseite bewegt, wie in 16 dargestellt. Das einfallende Licht wird unter einem ersten Winkel relativ zur Normalachse des Gegenstands 1010 entsprechend dem ersten Winkel angelegt, unter dem der retroreflektierenden Gegenstand 1010 während der Herstellung exponiert wurde. Die Blase 1050a würde in dem von dem retroreflektierenden Gegenstand 1010 retroreflektierten Licht erscheinen. Wenn sich das einfallende Licht dem Gegenstand 1010 entlang der Normalachse näherte, könnte Licht von einem Bild der Blase 1050b retroreflektiert werden (während Licht nicht von der ersten Blase 1050a retroreflektiert würde). Wenn sich der Annäherungswinkel des Lichts weiter änderte, würde Licht dann von einem dritten Bild einer Blase 1050c in der Nähe der Oberseite des Gegenstands 1010 retroreflektiert (während die Blasen 1050a und 1050b nicht sichtbar wären). Mit anderen Worten würde jede der Blasen 1050 in Licht erscheinen, das sich dem Gegenstand 1010 unter einem anderen Winkel annähert, der im allgemeinen dem Winkel entsprechen würde, unter dem der Gegenstand 1010 während der Herstellung exponiert wurde. Auf der Basis der obigen Beschreibung sind viele Variationen dieses Konzepts offensichtlich.

Die retroreflektierenden Gegenstände gemäß der vorliegenden Erfindung können in makro- oder mikrostrukturierter Form (oder einer Kombination aus beiden) bereitgestellt werden und zeigen in der Regel die oben erörterten retroreflektierenden Eigenschaften in beliebiger Form. Makrostrukturierte Gegenstände können aus vielen verschiedenen Materialien und in entsprechenden Abmessungen je nach der beabsichtigten Anwendung oder dem beabsichtigten Einsatz der Gegenstände bereitgestellt werden. Mikrostrukturierte Gegenstände weisen in der Regel kleine optische Elemente wie etwa erste Bereiche, zweite Bereiche, Würfelecken, Facetten und so weiter auf, die derart bemessen sind, daß die Teilung der Merkmale auf der Vorderfläche der retroreflektierenden Gegenstände und die Teilung der Merkmale auf der Rückfläche der retroreflektierenden Gegenstände etwa 0,75 Millimeter (0,03 Inch) oder weniger beträgt, obwohl es in einigen Fällen bevorzugt sein kann, retroreflektierende Gegenstände bereitzustellen, bei denen die Teilung der Merkmale auf der ersten und der Rückfläche etwa 0,25 Millimeter (0,01 Inch) oder weniger und noch mehr bevorzugt etwa 0,13 Millimeter (0,005 Inch) oder weniger beträgt. Es kann weiterhin vorteilhaft sein, dünnes mikrostrukturiertes Bahnenmaterial, das die oben beschriebenen Strukturen enthält, in einigen Situationen zu verwenden. Das dünne mikrostrukturierte Bahnenmaterial kann besonders bevorzugt flexibel sein, wie beispielsweise im US-Patent Nr.4,906,070 (Cobb, Junior) beschrieben.

Geeignete Materialien für retroreflektierenden Gegenstände gemäß der vorliegenden Erfindung können variieren, wenngleich die Gegenstände in der Regel aus transparenten Materialien hergestellt werden, die formstabil, dauerhaft und verwitterbar sind und sich in der gewünschten Konfiguration leicht replizieren lassen. Beispiele von geeigneten Materialien weisen Glas, Acryl mit einem Brechungsindex von etwa 1,49 (zum Beispiel Harz der Marke PLEXIGLAS von Rohm & Haas Company), Polycarbonate mit einem Brechungsindex von etwa 1,59, polyethylenbasierte Ionomere (z.B. Marke SURLYN von E.I. DuPont de Nemours und Co., Inc.), Polyester, Polyurethane und Zelluloseacetatbutyrate auf. Andere Beispiele weisen reaktive Materialien wie etwa jene auf, die in den US-Patenten Nrn. 4,576,850, 4,582,885 und 4,668,558 gelehrt werden.

Die erfindungsgemäßen retroreflektierenden Gegenstände können gemäß den Grundlagen von US-Patent 4,540,235 konstruiert werden, wo die Würfeleckelemente aus einem Polymer mit einem hohen Modul hergestellt sind und eine überlappende Körperschicht aus einem weicheren Polymer mit niedrigerem Modul hergestellt ist. Ein derartiger Aufbau würde auch gestatten, daß die erfindungsgemäßen Gegenstände in Kleidungsgegenständen verwendet werden, wie unten erörtert.

Polycarbonate können wegen ihrer Zähigkeit, Temperaturbeständigkeit und ihrem relativ höheren Brechungsindex (etwa 1,59) verwendet werden, was allgemein zu der verbesserten retroreflektierenden Leistung über einen größeren Bereich von Eintrittswinkeln beiträgt, wenn Rückflächenreflektoren verwendet werden. Durch den höheren Brechungsindex erhält man eine größere Brechungsindexdifferenz, um die Gesamtreflexion an Grenzflächen mit Materialien mit niedrigeren Brechungsindizes, zum Beispiel Luft, zu verbessern. In einigen Fällen, wo eine Durchlässigkeit von Licht durch den retroreflektierenden Gegenstand, zum Beispiel unter Verwendung von Trennbereichen oder abgeschnittenen Strukturen, kann es wünschenswert sein, Materialien mit niedrigeren Brechungsindizes zu verwenden, um den Bereich von durch den Gegenstand durchgelassenem Licht zu verbessern. Wo beispielsweise die Durchlässigkeit wichtig ist, können Acryle (mit einem Brechungsindex von etwa 1,49) eine vorteilhafte Kombination von Eigenschaften bieten. Die zum Ausformen von retroreflektierenden Gegenständen verwendeten Materialien können auch UV-Stabilisatoren oder andere Additive aufweisen, um ihre Verwitterbarkeit, Dauerhaftigkeit, Zähigkeit oder eine beliebige andere gewünschte Eigenschaft zu verbessern.

Gegebenenfalls kann der retroreflektierende Gegenstand gemäß der vorliegenden Erfindung soweit benötigt eine reflektierende Beschichtung aufweisen, um die reflektierenden Eigenschaften zu verbessern. Solche Beschichtungen könnten einen metallischen oder dielektrischen Stapel aufweisen.

Wenn Farben in retroreflektierenden Gegenständen gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden sollen, können ein oder mehrere Färbemittel verwendet werden. Der Ausdruck „Färbemittel" wird hier verwendet, um sich auf einen beliebigen Farbstoff, ein beliebiges Farbmittel, Pigment und so weiter zu beziehen, der oder das verwendet wird, um bei aus den retroreflektierenden Gegenständen gemäß der vorliegenden Erfindung austretendem Licht eine sichtbare Farbänderung zu bewirken.

Die retroreflektierenden Gegenstände gemäß der vorliegenden Erfindung können auf eine Vielzahl von Substraten angewendet werden, wobei mechanische Verfahren wie etwa Nähen verwendet werden. Bei einigen Anwendungen jedoch kann es wünschenswert sein, den Gegenstand unter Verwendung von Klebern, zum Beispiel einem druckempfindlichen Kleber, wärmeaktivierbarem Kleber oder einem mit Ultraviolettstrahlung aktivierten Kleber, an einem Substrat zu befestigen. Das den retroreflektierenden Gegenstand tragende Substrat kann sich an der Außenfläche eines Kleidungsgegenstands befinden, wodurch der retroreflektierende Gegenstand dargestellt werden kann, wenn die Kleidung in ihrer normalen Orientierung an einer Person getragen wird. Das Substrat kann beispielsweise ein Gewebe, ein Gewirk oder ein Vlies sein, das Baumwolle, Wolle, Flachs, Nylon, Olefin, Polyester, Zellulose, Rayon, Urethan, Vinyl, Acryl, Kautschuk, Spandex oder dergleichen enthält, oder es könnte aus Leder oder Papier hergestellt sein.

17 veranschaulicht eine Sicherheitsweste 90, die einen retroreflektierenden Gegenstand 92 in Form eines länglichen Bahnenmaterials oder Streifens darstellt. Sicherheitswesten werden oftmals von Straßenbauarbeitern und Polizeibeamten getragen, um ihre Sichtbarkeit gegenüber entgegenkommenden Kraftfahrern zu verbessern. Wenngleich für diese Illustration eine Sicherheitsweste gewählt worden ist, können Kleidungsgegenstände, die retroreflektierende Gegenstände gemäß der vorliegenden Erfindung aufweisen, in einer Vielfalt von Formen bereitgestellt werden. Unter dem Ausdruck „Kleidungsgegenstand", wie er hier verwendet wird, wird ein Tragekleidungsstück verstanden, das bemessen und konfiguriert ist, um von einer Person getragen zu werden. Andere Beispiele für Kleidungsgegenstände, die retroreflektierende Gegenstände der Erfindung darstellen können, weisen Hemden, Sweaters, Jacken (zum Beispiel Feuerwehrjacken), Mäntel, Hosen, Schuhe, Socken, Handschule, Gürtel, Hüte, Anzüge, einteilige Körperbekleidungen, Taschen, Rucksäcke usw. auf.

Zahlreiche Modifikationen und Abänderungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich für den Fachmann, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie er in den Ansprüchen definiert ist, und es versteht sich, daß die vorliegende Erfindung durch die hier dargelegten veranschaulichenden Ausführungsformen nicht unnötig beschränkt werden soll.


Anspruch[de]
Verfahren zur Herstellung eines retroreflektierenden Gegenstands (1010), das folgendes aufweist:

Bereitstellen einer Vorderfläche (1020), die mehrere erste Bereiche (1022) und mehrere zweite Bereiche (1024) aufweist, wobei die mehreren ersten Bereiche eine andere Menge einfallenden Lichts (1040) als die mehreren zweiten Bereiche durchlassen;

Bereitstellen einer Rückfläche (1030) gegenüber der Vorderfläche, wobei die Rückfläche von der Vorderfläche durch ein optisch durchlässiges Medium getrennt ist;

Bereitstellen einer durch Licht härtbaren Bindemittellösung (1042, 1044) auf der Rückfläche;

Bereitstellen mehrerer retroreflektierender Kügelchen (1040) in der Nähe der Rückfläche, wobei jedes der mehreren retroreflektierenden Kügelchen mindestens teilweise in die Bindemittellösung eingetaucht ist;

Ausbilden retroreflektierender Bereiche (1032) auf der Rückfläche durch Lenken von Lichtenergie durch die Vorderfläche, um ausgewählte Bereiche der Bindemittellösung auf der Rückfläche zu härten, wobei die Bindemittellösung in den ausgewählten Bereichen ausreichend gehärtet wird (1044), um einen substantiellen Anteil der retroreflektierenden Kügelchen zurückzuhalten; und

Entfernen der retroreflektierenden Kügelchen aus der ungehärteten Bindemittellösung auf der Rückfläche, um zwischen den retroreflektierenden Bereichen Trennbereiche (1034) auszubilden;

wobei die ersten und zweiten Bereiche auf der Vorderfläche relativ zu den retroreflektierenden Bereichen und den Trennbereichen auf der Rückfläche derart angeordnet sind, daß ein wesentlicher Teil von auf die ersten Bereiche der Vorderfläche unter einem ersten Winkel (1040) einfallendem Licht durch die ersten Bereiche der Vorderfläche zu den retroreflektierenden Bereichen auf der Rückfläche durchgelassen wird, wo er durch die Vorderfläche zurück retroreflektiert wird, und

wobei ferner ein wesentlicher Teil von auf die ersten Bereiche der Vorderfläche unter einem zweiten Winkel (1050) einfallendem Licht durch die ersten Bereiche auf der Vorderfläche zu den Trennbereichen durchgelassen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend das Bereitstellen der retroreflektierenden Bereiche (1032) und der Trennbereiche (1034) auf der Rückfläche in einem sich wiederholenden Muster. Verfahren nach Anspruch 2, ferner aufweisend das Ausbilden der Breite jedes der mehreren retroreflektierenden Bereiche (1032) im wesentlichen gleich der Breite jedes der mehreren Trennbereiche (1034). Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, ferner aufweisend das Bereitstellen des ersten (1022) und zweiten Bereichs (1024) auf der Vorderfläche (1020) in einem sich wiederholenden Muster. Verfahren nach Anspruch 4, ferner aufweisend das Ausbilden der Breite jedes der mehreren ersten Bereiche (1022) im wesentlichen gleich der Breite jedes der mehreren zweiten Bereiche (1024). Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, ferner aufweisend das Ausbilden der retroreflektierenden Bereiche (1032) und der Trennbereiche (1034) auf der Rückfläche (1030) mit einer Teilung, die im wesentlichen gleich der Teilung der ersten (1022) und zweiten Bereiche (1024) auf der Vorderfläche (1020) ist.






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