Rückstrahler
Definition
Rückstrahler (vereinfacht oft Reflektor genannt) sind Flächen bzw. Objekte, die aus einer bestimmten Richtung einfallendes Licht bevorzugt in die Richtung zurückwerfen, aus der es kam. Also mehr oder weniger genaue Retroreflektoren. Selten ist es erwünscht das Licht sehr genau in die Lichtquelle zurückzuspiegeln, eine geringe Abweichung (Steuwirkung) ist meistens erforderlich.
Einsatzgebiete
Die größte Verbreitung finden Rückstrahler als Sicherheitseinrichtung im Straßenverkehr. In der Nacht werden z.B. ansonsten unbeleuchtete Objekte für herannahende Autofahrer sichtbar. Weitere Beispiele: Fahrräder müssen in Deutschland mindestens mit einem roten Reflektor hinten (Bild), einem "weißen" vorne und gelben in den Pedalen ausgestattet sein. Hinzu kommen entweder Speichenreflektoren (Bild) oder retroreflektierende Reifen. Oft sind die vorderen oder hinteren Retroreflektoren in die Rücklicht- bzw. Scheinwerfergehäuse integriert. Rückstrahler müssen auch an Kraftfahrzeugen, Anhängern und vielen anderen Fahrzeugen angebracht sein. Auch Leitpfosten sind mit Rückstrahlern versehen. Diese reflektieren überwiegend "weiß" (farbneutral). Oft versehen Hauseigentümer außerorts ihre Einfahrt mit zusätzlichen Rückstrahlern. Viele der genannten Rückstrahler kann man demontieren bzw. ersetzen. Viele Verkehrsschilder sind auch retroreflektierend ohne daß man aber das Verkehrsschild als Rückstrahler bezeichnen würde. Bei jedem der genannten Beispiele ist es das Ziel, das Scheinwerferlicht eines Kraftfahrzeuges so zu reflektieren (zurückzuwerfen), daß es die Augen des Fahrers des herannnahnden Fahrzeuges erreicht. Dieser erhält dadurch Informationen über die Position von ansonsten möglicherweise schwer zu erkennenden Objekten.
Ein Beispiel außerhalb des Straßenverkehres: Auch Reflexlichtschranken strahlen Rückstrahler an.
Funktionsprinzip
Viele Rückstrahler werden aus transparenter Kunststoff hergestellt. Oft wird dieser rot oder gelb eingefärbt. Die Farbe kann Auswirkungen auf die Reflektion von Licht unterschiedlicher Wellenlänge haben. Gelbe Rückstrahler reflektieren also z.B. blaues Licht möglicherweise kaum.
Ein retroreflektierender Rückstrahler wie abgebildet funktioniert wie eine Anordnung vieler kleiner dreiflächiger Winkelreflektoren. Dabei werden viele dreiseitige Pyramiden (aber nicht Tetraeder) in einem flächigen Array angeordnet. Jede Pyramide hat die Form einer von einem Quader abgeschnittenen Ecke. Also stehen die drei sich in der Ecke treffenden Flächen senkrecht aufeinander. Im Bildbeispiel sehen die Pyramiden (Quaderecken) von hinten aus wie Würfel. Die Ausrichtung aller scheinbaren Würfel (Quaderecken) ist gleich. Da jeder scheinbare Würfel aber nur drei Flächen hat ist der Begriff dreiseitige Pyramide oder Quaderecke zutreffender. Die Spitzen dieser Pyramiden zeigen von der Lichtquelle weg, befinden sich also hinten am roten Rückstrahler bzw. in Fahrradfahrtrichtung vorne. Die vordere (in Fahrtrichtung hinten) glatte Fläche hat eine Stärke im Millimeterbereich und trägt die vielen kleinen Pyramiden.
Vergleiche: In der Optik gibt es den Begriff Prisma der auch solche transparenten Pyramiden umfasst.
Eine Verspiegelung der Pyramiden (optische Prismen) ist nicht erforderlich. Die von der Lichtquelle aus betrachtetn schrägstehenden hinteren Grenzflächen werfen die durch die glatte Seite des Rückstrahlers einfallenden Strahlen aufgrund des Effektes der Totalreflexion hinreichend gut zurück. Aufgrund der Anordnung der jeweils drei Flächen in 90°-Winkeln wird das Licht in die Richtung aus der es kam zurückgespiegelt Retroreflektor.
Wird der Rückstrahler nicht senkrecht angestrahlt kommt es beim Lichteintritt in die glatte Vorderfläche zur Brechung. Diese wirkt sich auf die Retroreflektion nicht aus, da es beim Lichtaustritt wieder zur Brechung mit gleichem Brechungswinkel und gleicher Ausrichtung kommt. Die zweifache Brechung kann sich nur aufheben, wenn die Vorderfläche eben und glatt ist. Denn im Tripelspiegel kommt es zu einem kleinen seitlichen Versatz der Lichtstrahlen (Parallelverschiebung).
Die Spiegelfähigkeit des unverspiegelten transparenten Kunststoffes (aufgrund des Effekts der Totalreflexion) leidet aber je nach Lichteinfallswinkel. Strahlen aus deutlich von der senkrechten abweichenden Anstrahlrichtungen werden also nur mehr oder weniger gut reflektiert. Der Wirkungsgrad der Reflexion sinkt. Die Aufteilung des Rückstrahlers in z.B. zwei oder vier Teilflächen unterschiedlicher Ausrichtung der Pyramidenflächen (erkannbar auf den Bildern) vermeidet bei schrägem Lichteinfall, daß die gesamte Reflektorfläche ihre Funktion verliert. Bei anderen Rückstrahler sind schon jeweils benachbarten Pyramiden verdreht. Es bleibt so immer zumindest eine Fläche oder ein Nachbar funktionsfähig. Gelegentlich werden Teilflächen sogar noch leicht abgewinkelt (Bild).
Ein extrem präziser Rückstrahler ganz ohne Steuwirkung würde das Licht genau in die Scheinwerfer zurückspiegeln, also nicht oder kaum zu den Augen des Autofahrers. Deshalb wird schon bei der Herstellung eine beabsichtige Streuwirkung vorgesehen. Eintreffende Strahlen werden also als enger Kegel mit dann aber gerigerer Helligkeit zurückgeworfen. Diese Streuwirkung kann z.B. durch Abweichungen der vielen kleinen Flächen von der zuvor beschriebenen Form oder duch Ausnutzen von Beugungseffekten erreicht werden. Eine kontrollierte Steuwirkung setzt eine sehr hohe Fertigungsgenauigkeit voraus.
Reflektierende Fahrbahnmarkierungen, Verkehrs- oder Nummernschilder und auch rückreflektierende Kleidungsstücke gab es aus gestanzter Folie. Meist handelt es sich heute um Reflektorfolien mit kleinen transparenten Plastekügelchen, deren Rückstrahlprinzip dem von Katzenaugen ähnelt.
Weitere Überlegungen
Ein sehr gut und genau rückspiegelnder Rückstrahler könnte Autofahrer blenden.
Viele der beschriebenen und auch die abgebildeten Rückstrahler zeigen bei verschiedenen seitlichen Anstrahlwinkeln oder Entfernungen ein Maximum an Helligkeit an einzelnen Stellen aufgrund von einfachen Spiegelungen. Die Richtung des sehr hellen zurückgeworfenen Lichtes ist von der zufälligen Stellung von Scheinwerfer zu Rückstrahler abhängig. Es handelt sich dabei nicht um die gewünschte Retroreflektion. Oft fehlt auch die Streuwirkung. Auch dieser nicht gewünschte Effekt reduziert sich durch das Verdrehen von Teilmengen der Tripelspiegel. Es ist nahezu nie der ganze Rückstrahler der sehr hell spiegelt.