本发明涉及一种改进的路标，驶向标志的车内的人员可在夜间很远的距离看到该标志，即非常醒目，当接近标志时它又易于被识别，即它有很高的清晰度。 路标，诸如公路标志，里程碑，广告牌等等，一直是利用后向反射板材建造。后向反射板材将入射光基本上反射回光源形成一个光锥。因此朝向标志的机动车的前灯所射出的光会被这种反射板材制成的标志反射回车上，车内的人员能够看到这种反射。
实际上在路标上后向反射板材首先用于标志的背景部分，将这种板材剪裁后围在凸起的标记周围，或者有选择地覆盖这种板材，例如涂覆，都可以达到同样目的。因此，驶近车辆的车内人员首先会发现标志的背景部分，当车接近标志时，由于标记和背景有亮度和颜色的反差，标记显得很清晰。美国专利NO.2，326，634（Gebhard等人）公开了这种标志，它涉及微球状基底板材地后向反射亮度及其与微球折射率的关系。
路标也可以用立方隅角后向反射板材建造，美国专利NO.3，712，706（Stamm）公开了这种板材和制造这种板材的方法。
近来在背景部分和标记部分都采用了后向反射板材。这种结合主要能在远距离使标志更加醒目，易于被发现。将一部分着色形成颜色反差，使标志清晰，其结果是后向反射亮度有一定的比值，即对比度，它在可能的观测范围内基本上是个常数。例如，可用白色或银色板材作标记，而用绿色板材作背景，这在美国的州际公路上是常见的。这类标志大多数是标志部分比背景部分明亮，其对比度基本上是常数，大约为5∶1到6∶1。
但是有些路标在夜间不易看清，原因是背景部分明亮的后向反射将会掩盖住标记或者使标记模糊不清。这样，就要限制背景部分所能达到的最大亮度，这样就降低了标志的清晰度，而且由于标记与背景的反差的减小，可能达到的最大清晰度也会降低。
本发明提出了一种改进的路标，它包括浅颜色例如白色或银色的后向反射标记，着色的例如绿色，红色或兰色的后向反射背景，该发明提出了两种性能的独特的结合，既提高了清晰度，也就是路标上的信息更容易被识别，又改进了醒目性，也就是标志牌更加容易被发现。
本发明的优越性在于各自地而又相互配合地有效发挥了用于背景部分和标记部分的后向反射材料的后向反射特性。在此我们将这类材料都列为板材，也许这是后向反射材料最普通的型式，但是其它的后向反射材料，比如，具有如下所述的理想特性的涂料，也将归入“板材”。选择背景区域所用的后向反射板材，使之在观测角较小，即在能够识别标志的距离之外的较远处（以下定义为可见区）具有最大的后向反射率，在此距离应发现标志;在观测角较大，即在标志附近，观测距离较短，需要识别出标志（以下定义为清晰区）时，应当具有较低的后向反射率。同时选择标记部分所用的后向反射板材，使之在观测角比较大，即在观测距离较短的标志清晰区内具有较高的后向反射效率。这样相互配合地利用了标志的两个区域：在距离较远，即观测角较小时，背景具有明亮的后向反射，因而有效地利用了一般标志上较大的背景部分，提高了醒目性，因为提高了后向反射亮度，更容易发现这种标志，又由于它的特殊颜色，容易看到该标志;而在距离较短，即观测角较大时，标记区与背景区的对比度变大了，因而提高了标志上信息的清晰性。
简而言之，本发明提出的是一种标志，如公路标志，它包括着色的背景区域和浅色的标记区域，每个区域都有后向反射覆盖层。选择每个区域的后向反射覆盖层，使得标记和背景之间后向反射亮度的比值在观测角较大，即在清晰区内显著大于观测角较小，即距离较远时的比值。所谓显著大于意味着在清晰区内的对比度至少比可见区的对比度大25%，也就是说如果可见区的对比度是4∶1，那么清晰区内的对比度至少为5∶1。清晰区的对比度最好能够比可见区的对比度大50%，这样可以保证大部人能觉察清晰性的提高。得到这种对比度变化的方法可有：1）在背景部分采用后向反射板材，从清晰区内观测时与在可见区内观测时相比反射的光较少;2）在标记部分采用后向反射板材，目的是从清晰区内观测时比在可见区反射的光较多;3）上述两种方法的结合。
当汽车驶向标志时，标志将按下述方式后向反射来自汽车的入射光。当距离较远时，很容易发现和看到标志，即标志很醒目，这是因为背景部分明亮的后向反射以及在此距离上标记所具有的后向反射。随着汽车不断接近和进入清晰区，标记部分与背景部分之间后向反射亮度的比值显著增加，因此提高了标记的清晰性。本发明非常奇特地提出了在一个标志上得到高醒目性和高清晰性两种特性的方法，从而改进了路标的综合性能，这是前所未有的，因为这两种性能指标看起来是相互矛盾的。
附图的简要说明
参照附图对本发明作进一步的说明：
图1是清晰区和可见区之间关系的示意图;
图2说明后向反射的特征;
图3说明路标上所用后向反射的几何关系;
图4是本发明的一个标志的平面图;
图5描述了本发明的一个实施例的标记部分和背景部分在不同的观测角上的相对后向反射亮度;
图6中用图形描绘了标记部分和背景部分的相对后向反射亮度，将本发明的一个实施例与先有技术的标志进行了比较。
这些图仅仅是用来图解说明，並没有按照比例，也不作为任何限制。
路标通常位于路肩上、路肩附近或道路之上，大致面对驶来的车辆并在其视线之内，这样，车辆内的人员可以读出标志牌上的信息，例如方向信息，距目的地的里程或者交通控制指令。
在驶向标志的车辆的视线内，将以具有正常视力，即视力为20/20的人最初能认出标记内容的位置为起始点，一直到标志牌这段范围定义为清晰区。参看图1，标志2设在道路4的路肩上。驶向标志的汽车6位于清晰区8之内，即汽车6里面的人员（图中未画出）可以读出标志2上面的标记（图中未画出）。清晰区的准确数值部分地取决于标志上标记的尺寸和形状。下面的表格列出了具有正常视力，即视力为20/20的人对各种尺寸和形状的字符能够识别的最大距离值。
表1
字母高度 C1系列 变型E1系列
（厘米/英寸） （米/英尺） （米/英尺）
10/4 48.8/160 73.2/240
20/8 97.5/320 146./480
40/16 195./640 293./960
1用于公路标志和人行道标记的标准字母，美国交通部，联邦公路署，交通管理处。
这里我们将驶来车辆视线内清晰区以外的区域定义为可见区。车辆在这个区域里最初发现和认出标志。路标的作用和内容往往是靠背景的颜色和亮度来传递的，特别是在可见区。大家可能会想到，可见区的范围也部分地取决于标记字符的尺寸和形状。而可见区的范围更取决于标志的后向反射亮度，标志越亮，可见区越长。图1中的汽车10位于这里所定义的可见区内，括号12代表这个区域。
现在来看图2所描绘的后向反射特性。图中表示了后向反射面14，后向反射面的定义是基本上能将大部分入射光反射回光源的表面。图中表示光16的一束光线来自远处的光源，例如车辆前灯（图中未画出），照射到后向反射表面14上，入射角为β（入射光线16和表面14的法线18之间的夹角）。假若采用普通镜子而产生镜面反射，出射或称反射光线将会从法线的另一侧以同样角度离开反射器。如果采用漫反射表面，出射或称反射光线将会杂乱地向各个方向射出，因此只有很小一部分返回光源。然而，利用后向反射，后向反射透镜元件例如微球型基底元件或立方隅角棱镜会产生单一方向的反射，这些元件安放在后向反射表面上，明亮光锥返回到光源上，光锥的轴基本上同入射光或光线16的轴一致。“明亮光锥”意味着锥体内的光强要大于出现漫反射时的光强。上述情况只有在光线的入射角β不超过某一值时才能成立，其值取决于所用后向反射面的类型。
后向反射为一锥形是很关键的，因为观察者的眼睛不太可能在入射光轴上。因此，当汽车驶向路标时，在任意给定的入射光线（由前灯射向标志）与到达司机眼睛的反射光线之间会有一定的角度。假若后向反射面在方向性上是理想的，入射光仅返回到光源，那么作为一个标志就没有什么用途。为了使在入射光线附近而不在其轴线上的人也能得益于反射器或标志的特性，后向反射光线应当有一定的扩展或是锥形的发散，但这种扩展不能过大，否则会由于光向有用范围之外的漫反射而影响反射亮度。由于后向反射表面的出射光线偏离了入射光线而产生了反射光的扩展。如图2所示，汽车前灯射出光束16，车内的人员可以看到偏离的光线20。入射光线16和出射光线20之间的锐角称为观测角α。
不难理解，距离远时观测角很小，在距离为大约366米（1200英尺）处一辆普通汽车观测角的典型值约为0.1°。当车辆驶向标志时，观测角变大。这可以参照图3中的三角形理解。驾驶员的眼睛22与前灯24之间的距离基本上是个常数，它们与标志26之间的距离会随着车辆接近标志而缩短，因而观测角α会变大。当汽车距离标志大约122米（400英尺）时，观测角将增加到约0.3°。左前灯与右前灯的观测角是不会完全一致的，因为它们在图3中的参数是不同的。在左侧驾驶的汽车上，司机看到的主要是左前灯的反射光，因为它相对于司机更近一些。在此明确一下，这里所讨论的观测角是基于左前灯这个前提。不过这里所讨论的基本原理也适用于右前灯。对于典型的右侧驾驶汽车，根据每个灯与司机的相对距离，右前灯和左前灯所起的作用正好相反。
图4表示本发明应用于公路标志28上的一个实施例。标志28由两部分组成，即背景部分30和标记部分32。
图5是根据本发明制作的标志的一个优选实例的标记部分和背景部分的后向反射亮度的曲线图，以后向反射亮度作为观测角的函数，即图中为标志上所用后向反射板材的观测角曲线。纵轴代表后向反射响应，其单位是堪德拉/勒克司/平方米;横轴表示以度为单位的观测角。这些观测角曲线描绘了标记的后向反射亮度与背景的后向反射亮度之间的关系。
根据本发明，标志上每个部分将用后向反射板材或其它适当的后向反射材料覆盖。背景部分采用着色的后向反射板材，在观测角小即从远距离观测标志时，应具有较高，最好是非常高的后向反射亮度，当观测角变大而超过对应于期望的清晰区的定值时，后向反射效率通常会大大降低。对应于所期望的这种后向反射的降低，观测角以及与标志之间的距离的准确数值取决于上述的清晰区的范围。图5中的曲线Ⅰ描绘了这种板材的后向反射响应。在清晰区里，背景的后向反射亮度最好能显著地降低。括号34表示那些对应于清晰区内的观测角。括号36表示的是那些对应于可见区内的观测角。在本发明的具体实施例中，背景部分有效的后向反射板材是棱镜后向反射板材，这种材料具有较窄的观测角曲线。
根据本发明制作的标志，在清晰区的全部观测角内，标记部分的后向反射板材的后向反射效率与背景所用板材的后向反射响应的降低相比，基本上保持不变或者是相对降低的非常慢。也可以选择板材使其后向反射效率在观测角较大时能够提高。图5中的曲线Ⅱ描绘了标记部分所用典型板材的后向反射特性。微型球状基底的后向反射板可用于本发明实例的标记部分，这类材料包括几种商标为SCOTCHLITE的高亮度级和工程级的后向反射板材，明尼苏达矿业和制造业公司（“3M”）有这类板料。
根据本发明制作的较理想的标志应具备下列性能。在远距离，即四分之一英里或更远处，驶向标志的汽车的前灯所发出的光被标志后向反射，对应于图5中的36，车内的人员可以看到这种反射，其观测角很小，典型值为0.1°或者更小。在这段距离和观测角范围内，标志上着色的背景区所用的板材具有明亮的后向反射，这使标志容易被发现和认出，即标志很醒目。随着越来越近，即典型的距离为八分之一英里或更短，观测角增加到0.2°或更大，这对应于图5中的34。在这段观测角范围内，标记的后向反射效率应显著大于背景的，最好能够数倍于背景的反射效率，也就是说后向反射亮度的比值至少是6∶1，若在10∶1以上就更好了，这样就提高了标志上信息的清晰度。为了能看清背景的颜色，对比度一般应小于40∶1，这样有助于观察者认出标志和其上的内容。
图6的曲线分别描绘了用于本发明的实施例以及按照先有技术的方法制作的标志的观测角曲线。纵轴代表后向反射响应，其单位为堪德拉/勒克司/平方米;横轴代表以度为单位的观测角。图中曲线Ⅲ代表标记的观测角曲线，曲线Ⅳ代表按照本发明的背景的观测角曲线，曲线Ⅴ代表按照先有技术的方法制作的标志上背景部分的观测角曲线。括号38代表对应于清晰区的观测角，而括号40代表对应于可见区的观测角。从图中可以看到，随着汽车从可见区40驶入清晰区38，观测角增大了，在根据先有技术的方法制作的标志上，标记和背景的后向反射亮度降低，反差比值约为5.2至5.7，基本上为一常数。相反地，根据本发明的实施例制作的标志背景的后向反射亮度急剧下降，使反差比值由可见区40内观测角为0.1°时的约4.2增加到清晰区38内观测角为0.5°时的约12.4，因此提高了该标志上标记的清晰性。
本发明将通过下列实例标志1、2和3作进一步的说明，这些标志是根据本发明制作的，在此与对照标志A进行比较，标志A是根据先有技术的方法制作的。每个标志都是矩形的，46厘米（18英寸）高，183厘米（72英寸）宽，在绿色的背景上有白色的拷贝。每个标志上的拷贝拼写了字符“DUNLAP”，其中字母“D”的高为20厘米（8英寸），笔划的宽度为4.0厘米（19/16英寸），其余的字母高为15厘米（6英寸），笔划宽度为2.9厘米（11/8英寸），所有字母都是大写的。每个标志的四周还有1.9厘米（3/4英寸）的白框。
除非另有说明，在直径为2.5厘米（1英寸）范围内，每种微立方隅角板材的后向反射亮度都在指定的观测角上用类似于国防刊物T987，003中所述的后向照度计进行测量，其入射角为-4°，固定扫描角为0°，旋转角的范围由0°至360°。对高亮度板材的亮度测量是根据美国材料试验学会ASTM的试验方法E-810进行的，其入射角为-4°。下面的表3中列出了每种板材在观测角为0.1°和0.5°的亮度。
标志是按下列方式成对比较的。两个标志上下安装，支架位于笔直的试验道路的右侧路肩。每个标志的中心距离路肩的右侧为3.0米（10英尺）。在每个例子中，下面的标志的中心高出地面约2.4米（8英尺），对照标志A的中心高出地面约3.2米（10.5英尺）。
在每个例子中，从两辆在夜晚黑暗的条件下开着车头的短焦距光灯沿着路边的车道行驶的轿车（1986林肯城轿车）里观察标志。十一名人员坐在轿车里的不同位置，根据对亮度和清晰度为每个标志分出等级。
对照标志A
标志A的拷贝和边框是用商标为SCOTCHLITE3870的高亮度级的后向反射板材制作的，明尼苏达矿业和制造业公司（“3M”）有这种银色/白色密封透镜后向反射板材;背景部分采用绿色密封透镜后向反射板材，这也是一种可以从3M公司买到的商标为SCOTHLITE3877高亮度级后向反射板材。3870板材的后向反射亮度在观测角为0.1°时约为362堪德拉/勒克斯/平方米，0.2°时为322，0.5°时为137，1.0°时为19.4.3877板材的后向反射亮度对应于上述的观测角分别为69、61、24和4。目前在美国的州际公路上，普遍采用这类材料制作标志。
例1
在例1中，标志1与标志A进行比较。
标志1的拷贝和边框部分也采用SCOTCHLITE3870高亮度级的后向反射板材。
背景部分采用微立方隅角材料，在聚碳酸酯薄膜（美国专利NO.4，588，258（Hoopman）公开了这种薄膜）上有凸起的立方隅角，绿色的聚甲烯丙烯酸酯薄膜粘在立方隅角上，白色的热封型聚酯薄膜粘在立方隅角的顶部。绿色薄膜的厚度为3密耳（1密耳＝0.001英寸-译者注），当置于白板上，用Hunterlab LabsdanⅡ分光光度计，照明D65测量其颜色时，X＝0.142，y＝0.468，Y＝19.2。立方隅角薄膜的厚度为20密耳，聚酯热封薄膜的厚度为0.75密耳。立方隅角的凹槽角分别为88.943°、60.667°和60.681°，立方隅角具有对称的槽边角，60.667°槽和60.681°槽之间的槽间距为16密耳，88.943°槽之间的槽间距为13.948密耳。三个相交的V形槽的底边形成一个平面，垂直于这个平面而又平行于凹槽的截距构成另一个平面，该平面与凹槽边之间的角就是槽边角。在这个例子中所用的板材上，立方隅角元件的底面（即由三组相交的凹槽所决定的三角形）具有的角度为70°、55°和55°，这是在美国专利NO.4，588，258中所公开的立方隅角元件的倾斜角度。制备板材需要刻模，制作镍电成型模，用聚碳酸酯模制成板材。
利用Advanced Retro Tecnology930型后向光度计在入射角为5°条件下进行测量，在观测角为0.2°时背景部分的后向反射亮度为350堪德拉/勒克斯/平方米，0.5°时为35，1.0°时为4.8。为了降低板材的亮度，在绿色薄膜上设有半透明的聚酯薄膜。根据上面提到的国防刊物所述进行测量，聚酯薄膜涂层在0.1°时的亮度为86堪德拉/勒克斯/平方米，0.2°时为68，0.5°时为11，1.0°时为2.3。
例2
在例2中，标志2与对照标志A进行比较。
标志2的制作类似于标志1，但在背景板材部分采用了不同的半透明聚酯覆盖层。板材在0.1°时的亮度为149堪德拉/勒克司/平方米，0.2°时为115，0.5°时为18，1.0°时为3.3。
例3
在例3中标志3与对照标志A进行比较。
标志3采用了两种不同的微立方隅角板材，美国专利NO.4，588，258（Hoopman）对此有所描述，板材上的立方隅角后向反射元件阵列由相交的三组平行V型凹槽确定，这三组平行V型槽形成密实的元件阵列板材上的槽边角是在凹槽的相交线上形成的两面角，该角与一般立方隅角后向反射元件的正交（即90°）略有不同。变化重复出现，使得立方隅角元件的整体阵列划分成为子阵列。由于这种凹槽角的变化，板材的发散曲线与所有立方隅角元件都是正交的板材相比具有更大的各向均匀性。
对于美国专利NO.4，588，258描述的立方隅角后向反射元件，为了形成正交的立方隅角元件，凹槽角应为88.887°、60.640°和60.640°，槽边角应为这些数值的二分之一。如果用字母“a”至“f”代表不同的槽边角，那么不同的凹槽组可以用下面的重复模式表示：对于60.640°凹槽的其中之一，其模式是a-b-b-a-a-b-b-a等等;对于60.640°凹槽的其它组，其模式为a-b-a-b-b-a-b-a;对于88.887°凹槽组，其模式则为c-d-e-f-d-c-f-e。对于本例中所采用的背景板材，槽边角偏离了所述数值的二分之
一，下表中偏差值的单位是弧度一分：
表2
槽边角 偏差
a +2.3
b -5.0
c +2.3
d +2.3
e +2.3
f -5.0
88.887°凹槽的槽间距是13.948密耳，60.640°凹槽的槽间距是16密耳。本例板材的立方隅角元件的基面（即三组相交的凹槽所决定的三角形）包括了角70°、55°和55°，这些是立方隅角元件的倾角度数，如美国专利NO.4，588，258中所述。
对于本例中拷贝所用的板材，除了凹槽间的距离外，立方隅角后向反射元件的阵列与背景板材一样。88.887°凹槽的槽间距是6.974密耳，60.640°凹槽的槽间距是8密耳，槽边角不同于上述88.887°，偏差为上述表2的值乘以2。
板材的制作需要经过刻模，制作镍电成型模，用聚碳酸酯模制板材。
在背景板材上，用两层在标志1中提到的绿色聚甲烯丙烯酸酯薄膜覆盖在20密耳厚的聚碳酸酯立方隅角薄膜上，1.5密耳厚的白色热封型聚酯薄膜粘在立方隅角顶部。背景部分在0.1°时的亮度为86堪德拉/勒克斯/平方米，0.2°时为81.0，0.5°时为24，1.0°时为2.2。
拷贝板材的制作是使13密耳的立方隅角凸起在聚碳酸酯薄膜上，1.5密耳的白色热封型聚酯薄膜粘在立方隅角的顶部。拷贝在0.1°时的亮度为517堪德拉/勒克斯/平方米，0.2°时为303，0.5°时为267，1.0°时为68。
表3是对照标志A和标志1、2以及3在观测角为0.1°和0.5°时各自的相对反差比值，观测角0.1°对应于这种形式的标志在可见区内的观测距离，观测角0.5°对应于这种形式的标志在清晰区内的观测距离。
表3
观测角
标志 0.1° 0.5°
A 图表符号 362 137
背景 69 24
比值 5.2 5.7
1 图表符号2362 137
背景286 11
比值 4.2 12.4
2 图表符号2362 137
背景2149 18
比值 2.4 7.6
3 图表符号2517 267
背景286 24
比值 6.0 11.1
2亮度单位为堪德拉/勒克司/平方米
例1的结果如下所述。所有11个人认定本发明的标志1比对照标志A更易于识别，前者的平均最大清晰距离为153米（501英尺），而后者的平均最大清晰距离为136米（447英尺）。另外，从距离366米（1200英尺）对应小于等于观测角0.10的位置观测，所有11个人认定标志1比对照标志A更明亮。
例2的结果如下所述。11个观察者中有9人认定标志2对照标志A更易于识别，它们各自的平均最大清晰距离为152米（500英尺）和138米（452英尺）。在距离为366米（1200英尺）处所有11个人都判定标志2比对照标志A更明亮。
例3的结果如下所述。11个观察者中有10人认定标志3比对照标志A更易于识别，各自的平均最大清晰距离为152米（500英尺）和139米（456英尺）。在距离为366米（1200英尺）处所有11个人都判定标志3比对照标志A更明亮。
根据这些结果，本发明的实施例的标志1、2和3，各自都具有比对照标志A更高的醒目性和清晰性。
对于那些熟悉本领域技术的人来说，在不脱离本发明的范围和精神的情况下对本发明的各种改良和变型都是显而易见的。