JP3590063B2 - 再帰反射性コーナキューブ物品とその製作方法 - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、プリズム式の再帰反射性素子を有する再帰反射性物品及びその製作方法に関する。
発明の背景
多数のタイプの再帰反射性物品が知られているが、その中で、コーナキューブとして一般に知られている１以上の幾何学的構造体部分を組込んだプリズム式デザインを有するものがある。コーナキューブ型反射性素子を採用した再帰反射性シーティング（板体）は周知である。コーナキューブ型反射性素子は、１つのコーナにおいて互いに略直角に会合する３つの側面を有する三面体構造である。光線は通常、キューブ面において全反射又は反射性被覆により反射される。再帰反射性コーナキューブ素子群を備えた直接工作型アレイ（列体）物品の製作は、多くの非効率性及び制約を有している。発散プロファイル、設計自由度及び光学性能は、これらの制約によって悪影響を受け、性能に対する全体の製作コストは、後述する新規な物品及び製作方法に比べて高くなる傾向がある。本発明の複合構造型アレイ物品は、特定の要求に応じて高度に調整可能なコーナキューブ素子デザインの、優れた製造上の自由度を有する製作を可能にする。
発明の要旨
本発明は、互いに反対側の第１面と第２面とを有する基体（165,194）を具備し、該第１面が、少なくとも２本の溝を含む第１の溝セットと少なくとも２本の溝を含む第２の溝セットとを有し、該第２の溝セットが該第１の溝セットに交差して複数のコーナキューブ素子のアレイを形成する再帰反射性シーティングにおいて、前記第１面は、深さD₁まで工作された第１溝と、該深さD₁とは異なる深さD₂まで工作された第２溝とを有することを特徴とする再帰反射性シーティングを提供する。
本発明はまた、コーナキューブ物品を製作する方法であって、工作可能な基体を準備するステップと、少なくとも２本の溝を含む第１の溝セットを前記基体に工作するステップと、少なくとも２本の溝を含む第２の溝セットであって、前記第１の溝セットに交差してコーナキューブ素子のアレイを形成する第２の溝セットを、前記基体に工作するステップとを具備し、前記基体が、深さD₁まで工作された第１溝と、該深さD₁とは異なる深さD₂まで工作された第２溝とを有するものであること、を特徴とするコーナキューブ物品製作方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
図１は、２種類の溝セットを有する公知の直接工作型アレイ物品の平面図である。
図２は、図１の線２−２に沿ったアレイ物品の断面図である。
図３は、図１の線３−３に沿ったアレイ物品の断面図である。
図４は、２種類の溝セットを有する公知の直接工作型アレイ物品の平面図である。
図５は、図４の線５−５に沿ったアレイ物品の断面図である。
図６は、図４の線６−６に沿ったアレイ物品の端面図である。
図７は、図４のアレイ物品に類似した傾斜コーナキューブ素子群を有するアレイ物品の断面図である。
図８は、多様な溝間隔を有する本発明の実施形態による直接工作型デュアル溝セットアレイ物品の一部分の平面図である。
図９は、図８の線９−９に沿った断面図である。
図10は、図８の線10−10に沿った断面図である。
図11は、図８〜図10に示すアレイ物品の幾つかの有効開口を入射角60゜の場合で示す図である。
図12は、多様な溝間隔と多様な長さとを有する本発明の実施形態による直接工作型デュアル溝セットアレイ物品の一部分の平面図である。
図13は、図12のアレイ物品の側面図である。
図14は、多様な溝間隔と幾つかの傾斜素子とを有する本発明の実施形態による直接工作型デュアル溝セットアレイ物品例の一部分の平面図である。
図15は、個別のキューブ対称軸を示す図14のアレイ物品の側面図である。
図16は、個別のキューブ対称軸を示す図14のアレイ物品の側面図である。
図17は、図14〜図16に示すアレイ物品の有効開口を入射角60゜の場合で示す図である。
図18は、多様な溝深さを有する本発明の実施形態による直接工作型デュアル溝セットアレイ物品の一部分の平面図である。
図19は、図18の線19−19に沿ったアレイ物品の断面図である。
図20は、図18の線20−20に沿ったアレイ物品の断面図である。
図21は、図18〜図20に示すアレイ物品の60゜入射角における有効開口の図である。
図22は、多様な溝深さと多様な溝間隔とを有する本発明の実施形態による直接工作型デュアル溝セットアレイ物品の一部分の平面図である。
図23は、図22の線23−23に沿ったアレイ物品の断面図である。
図24は、図22の線24−24に沿ったアレイ物品の断面図である。
図25は、多様な溝深さ、多様な溝間隔及び多様なキューブ高さを有する本発明の実施形態による直接工作型デュアル溝セットアレイ物品の一部分の平面図である。
図26は、図25のアレイ物品の側面図である。
図27は、図25の線27−27に沿ったアレイ物品の断面図である。
図28は、図25〜図27に示すアレイ物品の60゜入射角度における有効開口の図である。
図29は、多様な溝深さ、多様な溝間隔及び多様なキューブ高さを有する本発明の実施形態による直接工作型デュアル溝セットアレイ物品の一部分の平面図である。
図30は、アレイ物品にシール媒体を添付した状態を示す図29の線30−30に沿ったアレイ物品の断面図である。
図31は、図29のアレイ物品の側面図である。
図32は、図29〜図31に示すアレイ物品の60゜入射角における有効開口の図である。
図33は、多様な溝深さと多様な溝間隔とを有する本発明の直接工作型デュアル溝セットアレイ物品の一部分の平面図である。
図34は、個別のキューブ対称軸を示す図33のアレイ物品の側面図である。
図35は、個別のキューブ二等分線を示す図33のアレイ物品の側面図である。
図36は、多様な溝間隔と多様なキューブ高さとを有する本発明の実施形態による直接工作型デュアル溝セットアレイ物品の一部分の平面図である。
図37は、個別のキューブ対称軸を示す図36のアレイ物品の側面図である。
図38は、個別のキューブ二等分線を示す図36のアレイ物品の側面図である。
図39は、多様な溝間隔を有する本発明の実施形態による直接工作型デュアル溝セットアレイ物品の一部分の平面図である。
図40は、図39のアレイ物品の側面図である。
図41は、直接工作型デュアル溝セットアレイ物品の複数の領域を備え、その１つの領域が多様な溝間隔と溝深さとを有して形成されている、本発明の実施形態による合成アレイ物品の平面図である。
図42は、図41に示すアレイ物品の60゜入射角における有効開口の図である。
図43は、多様な溝深さと分離面とを有する本発明の実施形態による直接工作型デュアル溝セットアレイ物品の一部分の平面図である。
図44は、図43の線44−44に沿ったアレイ物品の断面図である。
図45は、図43の線45−45に沿ったアレイ物品の断面図である。
実施形態の詳細な説明
本発明は、コーナキューブ物品を工作する方法であって、少なくとも２本の溝を各々に備えた２種類の溝セットを基体に直接工作して、コーナキューブ素子群を含む複数の幾何学的構造体を作製するステップと、少なくとも１種類の溝セットにおける少なくとも２本の溝を異なる溝深さに形成するステップとを含む方法を提供する。
本発明は、コーナキューブ物品を工作する方法であって、少なくとも２本の溝を各々に備えた２種類の溝セットを基体に直接工作して、コーナキューブ素子群を含む複数の幾何学的構造体を作製するステップと、少なくとも２つのコーナキューブ素子を各々が共通基準面の上方に異なる高さを有するように形成するステップとを含む方法を提供する。
本発明は、コーナキューブ物品を工作する方法であって、少なくとも２本の溝を各々に備えた２種類の溝セットを基体に直接工作して、コーナキューブ素子群を含む複数の幾何学的構造体を作製するステップと、少なくとも２つのコーナキューブ素子を有効開口の寸法が非ゼロ入射角においてｘ方向とｙ方向とで相違するように形成するステップとを含む方法を提供する。
本発明は、コーナキューブ物品を工作する方法であって、少なくとも２本の溝を各々に備えた２種類の溝セットを基体に直接工作して、コーナキューブ素子群を含む複数の異なる幾何学的構造体を作製するステップと、それら溝セットをコーナキューブ素子群が平行な二等分線を有するように形成するステップとを含む方法を提供する。
本発明は、コーナキューブ物品を工作する方法であって、少なくとも２本の溝を各々に備えた２種類の溝セットを基体に直接工作して、平行な対称軸を有するコーナキューブ素子群を含む複数の幾何学的構造体を作製するステップと、少なくとも１種類の溝セットにおける溝間隔を変化させて、第１溝とその隣りの第２溝との間隔が第２溝とその隣りの第３溝との間隔とは異なるようにするステップとを含む方法を提供する。
本発明は、コーナキューブ物品を工作する方法であって、少なくとも２本の溝を各々に備えた２種類の溝セットを基体に直接工作して、コーナキューブ素子群を含む複数の幾何学的構造体を作製するステップと、少なくとも１種類の溝セットにおける溝間隔を変化させて、少なくとも２つのコーナキューブ素子が異なる長さを有するようするステップとを含む方法を提供する。
本発明は、コーナキューブ物品を工作する方法であって、少なくとも２本の溝を各々に備えた２種類の溝セットを基体に直接工作して、コーナキューブ素子群を含む複数の幾何学的構造体を作製するステップと、少なくとも２つのコーナキューブ素子を、非再帰反射性の三角形表面が互いに反対の方向性を呈するように配置するステップとを含む方法を提供する。
本発明は、コーナキューブ素子群を含む複数の幾何学的構造体が２種類の平行溝セットのみを用いて基体に工作されている直接工作型基体のレプリカである再帰反射性コーナキューブ物品であって、少なくとも１種類の溝セットにおける少なくとも２本の溝が異なる溝深さを有する物品を提供する。
本発明は、コーナキューブ素子群を含む複数の幾何学的構造体が２種類の平行溝セットのみを用いて基体に工作されている直接工作型基体のレプリカである再帰反射性コーナキューブ物品であって、少なくとも２個のコーナキューブ素子が共通基準面上に異なる高さを有する物品を提供する。
本発明は、コーナキューブ素子群を含む複数の幾何学的構造体が２種類の平行溝セットのみを用いて基体に工作されている直接工作型基体のレプリカである再帰反射性コーナキューブ物品であって、少なくとも２個のコーナキューブ素子が、それらの有効開口の寸法が非ゼロ入射角においてｘ方向とｙ方向とで相違するように工作されている物品を提供する。
本発明は、平行な２等分線を有するコーナキューブ素子群を含む複数の幾何学的構造体が２種類の平行溝セットのみを用いて基体に工作されている直接工作型基体のレプリカである再帰反射性コーナキューブ物品を提供する。
本発明は、平行な対称軸を有するコーナキューブ素子群を含む複数の幾何学的構造体が２種類の平行溝セットのみを用いて基体に工作されている直接工作型基体のレプリカである再帰反射性コーナキューブ物品であって、１つの溝セットにおける第１溝とその隣りの第２溝との間隔が、同じ溝セットにおける第２溝とその隣りの第３溝との間隔とは異なる物品を提供する。
本発明は、コーナキューブ素子群を含む複数の幾何学的構造体が２種類の平行溝セットのみを用いて基体に工作されている直接工作型基体のレプリカである再帰反射性コーナキューブ物品であって、少なくとも１つの溝セットにおける溝間隔が多様化されて、少なくとも２個のコーナキューブ素子が異なる長さを有している物品を提供する。
本発明は、コーナキューブ素子群を含む複数の幾何学的構造体が２種類の平行溝セットのみを用いて基体に工作されている直接工作型基体のレプリカである再帰反射性コーナキューブ物品であって、少なくとも２個のコーナキューブ素子が、互いに反対の方向性を呈する非再帰反射性の三角形表面を有する物品を提供する。
本発明は、再帰反射性コーナキューブ素子群の複数の領域を備えた再帰反射性コーナキューブ素子合成シーティングであって、各領域が、複数のコーナキューブ素子を工作した直接工作基体のレプリカからなり、少なくとも１つの領域には、コーナキューブ素子群を含む少なくとも２個の幾何学的構造体が２種類の平行溝セットから形成され、それら幾何学的構造体が共通基準面の上方に異なる高さを有している合成シーティングを提供する。
本発明は、再帰反射性コーナキューブ素子群を含む幾何学的構造体の複数の領域を備えた再帰反射性コーナキューブ素子合成シーティングであって、各領域が、複数のコーナキューブ素子を工作した直接工作基体のレプリカからなり、少なくとも１つの領域には、２種類の平行溝セットから溝群が形成され、少なくとも１種類の溝セットにおける少なくとも２本の溝が異なる溝深さを有している合成シーティングを提供する。
本発明は、再帰反射性コーナキューブ素子群の複数の領域を備えた再帰反射性コーナキューブ素子合成シーティングであって、各領域が、複数のコーナキューブ素子を工作した直接工作基体のレプリカからなり、少なくとも１つの領域には、コーナキューブ素子群を含む少なくとも２個の幾何学的構造体が２種類の溝セットを用いて工作され、それらの有効開口の寸法が非ゼロ入射角において相違するようになっている合成シーティングを提供する。
本発明は、再帰反射性コーナキューブ素子群の複数の領域を備えた再帰反射性コーナキューブ素子合成シーティングであって、各領域が、複数のコーナキューブ素子を工作した直接工作基体のレプリカからなり、少なくとも１つの領域には、コーナキューブ素子群を含む複数の幾何学的構造体が２種類の溝セットを用いて形成されている合成シーティングを提供する。
本発明は、再帰反射性コーナキューブ素子群の複数の領域を備えた再帰反射性コーナキューブ素子合成シーティングであって、各領域が、複数のコーナキューブ素子を工作した直接工作基体のレプリカからなり、２種類の平行溝セットを用いて形成された少なくとも１つの領域では、少なくとも１種類の溝セットにおける溝間隔が多様に変化して少なくとも２個のコーナキューブ素子が異なる長さを有するようになっている合成シーティングを提供する。
再帰反射性コーナキューブ素子アレイ（列体）物品の製作は、ピン束ね（pin bundling）法及び直接工作（direct machining）法を含む種々の工法によって作られたモールド（型）を用いて実施される。ピン束ね法を用いて作られるモールドは、再帰反射性コーナキューブ素子の特徴的形態に形成された端部を各々に有する別個のピンを、一体的に組合せることによって作られる。ピン束ね法の事例は、米国特許第3,926,402号（Heenan他）、英国特許第423,464号及び同第441,319号（Leray）に記載されている。
直接工作法は、より一般的なものとして知られており、基体の所要箇所を切削して、相互交差によりコーナキューブ素子を構成する溝群のパターンを作製するステップを有する。溝の形成に適した賦形、線引き及び切削方法の例は、米国特許第3,712,706号（Stamm）で論じられている。溝付き基体はマスターと称され、このマスターから、一連の刻印複製物すなわちレプリカを作製できる。場合によっては、マスターは再帰反射性物品として有用であるが、より一般的には、作製される多数のレプリカを再帰反射性物品として使用する。直接工作法は、小寸のマイクロキューブアレイを有するマスターモールドを製作するための優れた方法である。マイクロキューブアレイ物品は、シーティング用の連続ロール品のような、向上した可撓性を備えた薄いレプリカアレイ物品を作るのに特に有益である。マイクロキューブアレイ物品は、連続プロセスによる製造を容易にする。大寸のアレイ物品を製作するプロセスも、直接工作法を用いることにより、他の方法を用いるよりは容易になる。直接工作法の例は、米国特許第4,588,258号（Hopman）及び米国特許第3,712,706号（Stamm）に示されている。これら特許はいずれも、両面に切削面を有する溝切削用の工作工具の一回又は複数回のパスによって基体にコーナキューブ光学面を形成することを開示している。直接工作した溝群は、複数の独立した平行な溝群から構成される溝セットとして工作されるのが好ましいと認められている。米国特許第4,349,598号（White）及び米国特許第4,895,428号（Nelson他）には、２種類の溝セットのみを作製する直接工作法の事例が示されている。
従来の再帰反射性コーナキューブ素子アレイは、単一タイプの適合ペア、すなわち幾何学的に合同であって互いに180゜回転したコーナキューブ再帰反射性素子を基礎として構成される。これらコーナキューブ素子は通常、共通基準面の上方で同一の高さを有し、同一溝深さを有する溝群によって境界付けされ、同一の素子長を有する。従来の３本溝式アレイの最高点は、キューブピークによって規定される。従来のキューブアレイ物品に関するこの基本的な適合ペアのコンセプトを開示する事例は、米国特許第3,712,706（Stamm）、米国特許第4,588,258号（Hoopman）、米国特許第1,591,572号（Stimson）及び米国特許第2,310,790号（Jungerser）に示されている。米国特許第5,122,902号（Benson）は、共通基部周縁を有するコーナキューブ再帰反射性素子の適合ペアのもう１つの例を示しているが、これら素子は、分離面に沿って互いに隣接且つ対向して配置されている。
上記した再帰反射性コーナキューブ素子アレイ物品の各種事例は、基平面に対して個々の対称軸が調整されたキューブ群を備えている。対称軸は、コーナキューブ素子の複数の面によって規定される挟角すなわち二面角の三等分線となる中心軸すなわち光学軸である。特定の用途では、再帰反射性コーナキューブ素子の適合ペアの対称軸を、基平面に直角ではない方向に傾けることが有利である。それにより、広範囲に亘る入射角を再帰反射する傾斜コーナキューブアレイ物品が作製される。入射角は一般に、アレイ物品の前面に入射する光線と前面に直交するベクトルとの間の成す角度として規定される。コーナキューブ素子の傾斜技術は、例えば米国特許第4,588,258号（Hoopman）に教示されている。
コーナキューブ素子の傾きは、前方向でも後方向でもよい。フープマン（Hoopman）特許は、1.5の屈折率に対し13゜までの傾き量を有する構造体を開示する。フープマンはさらに、9.736゜の傾きのあるキューブを開示している。このような幾何学的要件は、溝切り工具がキューブ光学面を損傷するに至らない範囲での、従来のアレイ物品におけるキューブの最大前傾を表現している。この損傷は通常、工具が隣り合う素子のエッジ部分を切除して第３の溝を形成する間に発生する。米国特許第2,310,790号（Jungersen）はフープマン特許に示されるものとは反対の方向に傾いた構造体を開示している。
これらの従来型のアレイ物品では、光学性能は便宜的に、有効領域すなわち有効開口（active aperture）を構成する実際に再帰反射性のある領域の割合によって規定される。有効開口の割合は、傾き量、屈折率及び入射角の関数として変化する。入射角がゼロでないときは、従来の３本溝型のアレイ物品は多くとも、大略類似寸法の異なる２つの開口形状を表す。これは、従来のコーナキューブ素子における幾何学的合同の適合ペアが単一タイプであることによる。従来の傾斜型のコーナキューブアレイ物品は、開口形状が傾度によって左右されるとはいえ、類似の傾向を示す。
従来のコーナキューブアレイ物品は、傾きや他のデザイン上の特徴に起因するさらなる光学的制約の下で製作されて、ある種の環境下での非常に特異な性能を付与される場合がある。この種のアレイ物品の一例は、米国特許第4,349,598号（White）に開示されている。このアレイ物品は、図１、図２及び図３にそれぞれ、平面図、側面図及び端面図で模式的に示されている。アレイ物品10は、従来式キューブデザインの１つの外形限界に関連する極端な後方傾きの一例である。このデザインでは、アレイ物品10は、図２に示す非平行対称軸19と図３に示す二等分線22とを有するコーナキューブ素子15、16の適合ペアから得られる複数の等しいコーナキューブ素子幾何学的構造体13を含んで成る。二等分線22はそれぞれ、コーナキューブ素子の２つの光学側面の間の角度を二等分する線要素を含んで成り、そして本例では基平面23と直角に交差する。コーナキューブ素子15、16は各々、基部三角形が消滅して、２つの垂直な光学面24、25をもたらすことになる点に向けて後方に傾いている。これはキューブピーク29、30が基部エッジ32、33の真上にあるときに生起し、そして基部三角形は平面視において合体して四角形になっている。両面に切削面を有する工具を用いてこのキューブ構造を基体に作るためには、２種類の溝セットのみが要求される。１種類の溝セットは90゜のＶカット36を有し、他の溝セットは側溝37として外形付けられた矩形カットを有し、後者のカットは垂直光学面を提供する。全ての溝の両側面は、アレイ物品10にコーナキューブ素子光学面を形成する。四角形側溝37を使用することにより、アレイ物品表面はコーナキューブ素子で全体的に覆われることがなくなる。
図２及び図３は、長い機能的キューブエッジ39の全長Ｅに沿ってアレイ物品10と係合してシールする裏張り層38の使用を示している。この裏張り層材料の接触は、コーナキューブ素子の光学エッジに沿っている。全ての同一コーナキューブ構造のためのエッジ39は、コーナキューブ素子アレイ物品10のための最高位点を規定している。このエッジに沿って裏張り層の接触がエッジを傷付けることにより、或いは光線の再帰反射をキューブと裏張り層のインターフェースにおいて消滅させることにより、光学性能を著しく劣化させる可能性がある。この問題は図８〜図45に関連して以下に規定されている新規構造の適用によって緩和される。
ホワイトの構成では、コーナキューブ反射性素子の適合ペアは、２方向の大きな入射角において高度の有効開口を与えるような特定の配置を有する。全てのコーナキューブ素子は均一の高さと間隔を有するものであり、そして溝は一定の深さに工作される。これは、全部が同一であるコーナキューブ素子構造を備えたアレイ物品をもたらす。米国特許第4,938,563号（Nelson他）はさらに、コーナキューブ素子を含む複数の同一幾何学的構造体を有するアレイ物品を開示している。ネルソン他の素子は、図１〜図３に示すホワイトの構成におけるコーナキューブ素子に類似しているが、僅かに非直角である光学面を導入している。これはコーナキューブ素子の発散プロファイルを制御する手段として導入される。
従来のコーナキューブアレイ物品及び図１の構成に関する別の変形例は、米国特許第4,895,428号（Nelson他）に開示されており、これは図４、図５、図６及び図７にそれぞれ平面図、側面図及び両端面図で示されている。図４に示すように、コーナキューブ素子を含んで成るアレイ物品50は、ホワイト（White）のコーナキューブ構造13の長さを減じるとともに、キューブ垂直光学面24、25の一方を消滅させることによって導き出される。ホワイトのデザインのようにネルソン他の構造の製作も２種類の溝セット52、53のみを必要とする。溝53の両側と溝52の片側とが、アレイ物品50にコーナキューブ素子光学面を形成する。アレイ物品はさらに、溝52によって形成される少なくとも１つの垂直再帰反射性表面を有していなければならない。これはオフセット工具でホワイトの四角形側溝を切削するために工具を取り替えることによって達成される。ネルソン他の工具は、工具逃げ面を非再帰反射性三角形面58を切削し、そして工具垂直側壁を用いて垂直再帰反射性表面60を切削する。アレイ物品50の全面は、一様な方向性を有するコーナキューブ素子群で覆われて、一方向の大きな入射角において、大きな有効開口を提供する。
図５及び図６はさらに、キューブエッジ63を含むキューブ非三角形表面の交差線の全長ｙに沿って、アレイ物品50と係合してこれをシールする裏張り層62の使用を示している。全て同じコーナキューブ構造54のための長い機能的キューブエッジ63は、コーナキューブ素子アレイ物品50の最高点を規定している。このエッジに沿った裏張り層62との接触は、エッジの損傷、又はキューブ裏張り層界面での再帰反射の排除により、光学性能を著しく低下させる可能性がある。
図４〜図６は、平行対称軸19と平行二等分線22とを含むネルソン（Nelson）構造の一例を示している。図７は２種類の再帰反射性素子64、65を示す他のアレイ物品51を開示している。素子64は、基部76の平面に直角な二等分線73によって二等分されている側面69、70を含んで成る。素子65は、基部76の平面に直角ではない二等分線82によって二等分されている側面78、79を含んで成る。素子65の傾きは、水平方向のアンギュラリティを改良するために与えられる。この傾きは素子64、65の高さH₁を一定に且つ溝の一定深さD₁に等しいものに維持しながら達成される。図７に示すアレイ物品51の事例は米国特許第4,938,563号と米国特許第4,895,428号に示す実施例に類似したものである。図１〜図７に示すように、ホワイトとネルソンの特許文献の全ては、一定の長さと高さ、一定溝深さ及び２種類の溝セットで形成されている少なくとも１つの垂直面を有するコーナキューブ素子構造を教えている。
米国特許第5,171,624号（Walter）で論じられているように、従来の略鉛直型のコーナキューブアレイ物品における有効開口からの回折は、再帰反射光のエネルギーパターンすなわち発散プロファイルに望ましくないバラツキを生み出す傾向がある。これは、従来のアレイ物品では、全ての有効開口が略同一寸法であって、そのため再帰反射の際に略同一程度の回折を示すことに起因する。２種類の溝セットを有するアレイ物品に、僅かにしか悪化させない程度の僅かに非直交性になっている面を導入することは、３種類の溝セットで形成されているアレイ物品における場合よりも難しい。これは、90゜より大きな角度が複製の際に材料の物理的な相互係留を生ぜしめる原因になるからである。それ故に、デュアル（２種）溝セットアレイ物品の構成における発散プロファイルを制御するためには、多様な寸法の有効開口の新規な特徴を有するコーナキューブ素子を採用することが格段と有用になる。これらは回折を制御するために、従って発散プロファイル形状を制御するために適用される。好ましくは、開口形状は図11、図17、図21、図28、図32及び図42に示すようにｘ方向とｙ方向との両方で制御される。
本発明は上述のように、発散プロファイルを形作ること、並びに多様な溝深さと間隔、素子の多様な長さ及び構造体の多様な高さの適用により各アレイ物品における複合幾何学的構造体の形状を制御することによって、光学的利益の達成を可能にする。各溝は、コーナキューブ光学素子を含み得る幾何学的構造体の側面を形成する。溝は基体を通る工作工具の一回又は複数回のパスを適用して形成される。溝セットは基体に配設された平行な溝から構成される。
図８〜図10は、各素子が高さと幅の異なる特徴を有しているコーナキューブ素子103、105を含む複数の幾何学的構造体を有している直接工作アレイ物品100を開示している。図９は、素子105の１つの幅W₂よりも幅広い素子103の１つの幅W₁を示している。これは、ｙ軸方向に工作された溝のｘ軸方向の多様な溝間隔の一例でもある。同様に、基部107の基準平面から素子103のピーク110における最高位エッジまで測った素子103の高さH₁は、各々上位エッジ112を有する素子105の１つの高さH₂より高い。多様なキューブ高さの新規特徴は、エッジ112等の低位構造のためのキューブエッジに対する損傷を低減させる。キューブを含む最高位構造の損傷は、シーティングのハンドリングの際に、或いはシール作業中の裏張り層との接触により生起する。一定高さのキューブを備えた従来式アレイ物品では、全てのエッジはハンドリングやシール作業中に損傷を被り、そして光学性能を劣化させてしまう。
図11は、入射角60゜と屈折率1.59におけるアレイ物品100の有効開口度の代表的セクションを示している。このアレイ物品における素子の多様な間隔と多様な高さは、開口115、116で示している複合開口寸法を生み出す。
図12及び図13は、ｘ軸に配向した溝のｙ軸に沿った多様な溝間隔を有する複数のコーナキューブ素子を有するアレイ物品120を示している。これは、異なる素子長さL₁、L₂を備えたコーナキューブ素子123、125を生み出す。これはさらに、キューブエッジ128、130に沿った異なるキューブエッジ長さをもたらす。
図14〜図16は、コーナキューブ素子137、138、139及び140を含んで成るアレイ物品の部分傾斜複合構造デザインを開示しているアレイ物品135を示している。このデザインはｘ方向及びｙ方向の双方に多様な溝間隔を含んで成る。これは、各素子が素子139、140の長さL₂とは異なる均一長L₁を有しているコーナキューブ素子137を生み出す。しかし、素子137、139は各々が素子138、140のいずれかの幅W₂とは異なる同一幅W₁を有している。このアレイ物品の構成はさらに、キューブエッジ142、143、144、145の各々に沿った異なるキューブエッジ長をもたらす。
アレイ物品135は、素子138、140が傾くように工作される。上述の特徴とこの傾きの組合せは、図15に示す非平行な対称軸19と図16に示す非平行な二等分線22とを有する素子を具備したアレイ物品を生み出す。
図17は、アレイ物品135の複合コーナキューブ素子に対応する有効開口の複合形状と寸法を開示している。多様な間隔、高さ及び幅とアレイ物品の傾きは、開口148、149、150、151によって示される４種の異なる有効開口寸法と形状を生み出す。この複数の有効開口寸法と形状は、この種のアレイ物品の設計自由度を向上させ、それにより、種々の入射角における発散プロファイルの均一度の向上を含む光学性能の向上、並びにこれらの調整可能アレイ物品の市場性の向上を達成する。
図18〜図20は、非直交式構成に依存していない多様な溝深さと複合有効開口の寸法及び形状に関する新規デザイン上の多くの特徴を含んで成るアレイ物品160を示している。アレイ物品160は、それぞれ複数の平行な溝を含む２種類の溝セットで基体165に工作された複数のコーナキューブ素子163、164を備える。第１種類の溝セットは、ｙ方向に配置された溝167を含む。第２種類の溝セットは、ｘ方向に配置され、それぞれの切込みが異なる深さD₁、D₂になっている溝169、171を含む。これは２つの異なる長さのキューブエッジ174、176を生み出す。コーナキューブ素子163、164は、図19に示すように共通光学面178を共有する。
図21は、アレイ物品160の複合コーナキューブ素子構造に対応する有効開口の複合の寸法を開示している。多様な溝深さとそれ故にコーナキューブ素子三角形面の多様な寸法とコーナキューブエッジの長さとが、開口180、183によって示される２種類の異なる有効開口を生み出す。
図22〜図24は、１種類の溝セットにおける溝の多様な間隔と多様な溝深さの新規な特徴と含んで成るアレイ物品190を示している。アレイ物品190は、各々が垂直光学面を有するコーナキューブ素子として、基体194に工作された２種類の平行溝セットで形成されている複数のコーナキューブ素子191、192を備える。他の図に示すように、間隔と深さの種々の態様が可能である。しかし、本例では、第１種類の溝セットはｘ方向の溝について均一の溝間距離で工作される。異なる溝深さD₁、D₂は、いずれの溝セットの溝に対しても適用することによって、コーナキューブ素子光学面又は非光学面を含んで構成され得る幾何学的側面又は側面の全部を形成することが出来る。この関係から、「光学部分」とは、ある種の入射角において現実の再帰反射性となる面を称するものである。第２種類の溝セットはｙ方向へ多様な溝間距離で工作される。これは幅W₁、W₂の間の相違によって描かれている。
図25〜図27は、各々が複数の平行な溝を含んで成る２種類の溝セットを基体203に直接工作することによって作られた複数のコーナキューブ素子を含んで成るアレイ物品200を示している。本例では、溝205はｙ方向に配位しているものであって、均一深さではあるが多様な間隔で工作されている。溝217はｘ方向に配位しているものであって、深さD₁、D₂、D₃として、図27に示す用に異なる深さのカットを切削するように工作されたものである。これは幅W₁と高さH₁とを有するコーナキューブ素子207、208、209、210と、異なる幅W₂と異なる高さH₂とを有するコーナキューブ素子211、212、213、214をもたらす。溝217はさらに、溝間の多様な間隔で工作され、結果としてコーナキューブが素子長さL₁、L₂によって示される異なる長さを有することになる。
これらの新規な特徴の全ては、所望の発散プロファイルを達成するために非常に有用な有効開口寸法の多様なパターンを生み出す。複合有効開口は、開口220、221、222、223、224、225、226及び227として図28に描かれている。これらの複合構造技法とコンセプトから得られる向上した光学性能と設計自由度は、製品性能、コスト効率、及び市場利得の向上に直に関係している。
再帰反射性シーティングにおける全光再帰性は、有効開口度（％）と再帰反射光線強度との関係によって左右される。キューブ形状、入射角及び屈折率の組合せによっては、有効開口度（％）が比較的高い場合にも、光強度の著しい低減により全光再帰性が低下することがある。一例として、再帰反射光線の全反射に依存している再帰反射コーナキューブ素子アレイ物品が挙げられる。光強度は、全反射のための臨界角を１つのキューブ面で越えた場合に、実質的に低減する。このような状況に対しては、金属被覆や他の反射性被覆物をアレイ物品の一部分に施すことを有利に利用できる。例えば、シール媒体に接触するキューブ面を有するアレイ物品上の特定部分は、キューブ面が反射性被覆を有しているときに大抵は反射性が向上する。このような部分は、アレイ物品全体であってもよい。
図29〜図32は、異なる高さH1、H2、異なる長さL1、L2、異なる幅W1、W2、W3、異なる溝深さD1、D2、D3及び異なる有効開口寸法を有している複数のコーナキューブ素子233、234、235、236及び237を備えた他のアレイ物品230を示している。
前述したように、直接工作型の再帰反射性コーナキューブ素子物品は、大抵の場合、再帰反射性素子に隣接して性能向上のための空気等の低屈折率材料を維持する目的で、再帰反射性物品に添付されるシール用フィルムを支持するように設計される。従来のアレイ物品においては、この種のシール媒体は一般に、コーナキューブ素子群に直接に接触して配置されるが、この方法は全光再帰性を劣化させる惧れがある。しかし、本発明の構成を適用すれば、シール媒体243は、低位の再帰反射性コーナキューブ素子群に接触することなく、したがってそれら低位の素子群の光学的物性を劣化させることなく、アレイ物品の最も高い面上に配置される。この最高位面は、コーナキューブ素子群だけでなく、非再帰反射性の角錐部分、台形部分、柱状部分又は他の構造体によっても形成できる。図30は、他の図には示されていない光学シール媒体として、基部250の上方の最高位キューブエッジ245、247に配置された光学シール媒体243を示す。これは、共通基準面の上方の異なる高さにある再帰反射性コーナキューブ素子を含む複数の幾何学的構造体を備えたアレイ物品を、工作中に溝深さを変えることによって提供する製作方法の利点の１つである。工作公差や非直交性の意図的誘引に起因した溝の位置やコーナキューブ素子の挟角の僅かな非均一性から、高さの微少なバラツキが生じる場合があるが、このようなバラツキは、本発明で教示した高さの差とは関連性が無いものである。シール媒体を使用するアレイ物品では、上記した支持面は、コーナキューブ素子の上方での媒体保持とシーティングの光透過性の増大との両目的で使用することができる。シーティングの光透過性は、透明又は部分的透明のシール媒体の使用によって増大され得る。
図33〜図35は、種々の溝深さD1、D2、D3と種々の長さL1、L2、L3とを有するように工作された複数のコーナキューブ素子257、258、259、260、261及び262を備えた別の直接工作アレイ物品254を示している。対称軸19及び二等分線22は、アレイ物品254における全てのキューブに対し平行である。種々のコーナキューブ素子（例えば素子257と258、素子258と261等）は、共通光学面を共有している。
図36〜図40は、米国特許第4,895,428号（Nelson他）と米国特許第4,349,598号（White）に開示のものに類似した複数の素子を備え、且つ新規の間隔と高さの特徴を採用しているデュアル溝セット式直接工作アレイ物品の他の構成を示している。これらの図に示すように、少なくとも２種類の素子273、275（図36）、又は素子295、297（図39）は、相反する方向の非再帰反射性三角形表面278、280（図36）、又は非再帰反射性三角形表面298,299（図39）を有している。これは図36のエッジ282と溝285等の、溝に沿った共通のエッジを共有するか、或いは図39に示す中間構造によって分離されたままになる非再帰反射性表面をもたらし得る。この構成は、アレイ物品の全面を本質的に覆い且つ２方向の大きな入射角において非常に高度の有効開口を与えるコーナキューブ素子として、平行二等分線22と非平行対称軸とを備えたコーナキューブ素子を作り出す。或いは、上述のものに類似するように選択的に分離されている異方位コーナキューブ素子ではあるが、側溝のように形作られたある種の四角形カットを含むコーナキューブの複合組合せを使用することもできる。これらのアレイ物品の製作方法は、少なくとも２本の溝をそれぞれが含んで成る２種類の溝セットを基体に直接工作し、それによってコーナキューブ素子を含む複数の幾何学的構造体を作製し、そして少なくとも２種類の素子を相反する方向の非再帰反射性三角形表面を有するように配置することを含む。一例では、反対の関係にある素子は幾何学的に合同である。これらの素子は、後述するように合成アレイシーティングの一部分を構成してもよい。
図39及び図40はそれぞれ、この例では一定間隔で示されている、ｘ方向の多様に離間配位した複数の平行な溝と、ｙ方向の平行な複数の溝とを備える、直接工作されたデュアル溝セット式アレイ物品290の平面図と側面図である。これはコーナキューブ素子295、297における長さL₂とは異なる長さL₁のコーナキューブ素子293を有しているアレイ物品を生み出す。アレイ物品290の新規デザインは、２方向の非常に良好な入射角特性を与えるが、アレイ物品は全体的にコーナキューブ素子で覆われる。
本発明の他の実施形態では、再帰反射光パターンの形状をさらに変形させる物品又は物品のレプリカが作製される。そのような実施形態は、少なくとも１種類の溝セットにおける少なくとも１つの溝側面の角度が、溝側面によって規定されるコーナキューブ素子の他面に対し直交するのに必要な角度とは相違したものである。同様に、少なくとも１種類の溝セットを、互いに異なる少なくとも２つの溝側面角度の繰返しパターンから構成できる。溝切り工具の形状やその他の技術は、少なくとも幾つかのキューブにおいて少なくとも１つのコーナキューブ素子光学面の少なくとも機能上重要な部分が円弧になっているコーナキューブ素子を作製できるように選択される。この円弧面は凹状でも凸状でもよい。円弧面は、１つの溝セットにおける１本の溝によって初期に形成されたものであって、当該溝に実質的平行な方向に見て平坦である。或いは円弧面は、この溝に平行な円筒軸線を有する円筒形でもよいし、この溝に直角な方向に変化する曲率半径を有していてもよい。
合成タイル張り法は、異なる方向性を有するコーナキューブ素子領域群を組合せる技術である。これは例えば、方向性に関係無く大きな入射角で均一な外観を呈するシーティングを提供する目的で、米国特許第4,202,600号（Burke他）及び同第4,243,618号（Van Arnam）に開示されるような従来型のアレイ物品で使用されている。また、合成タイル張り法は、非対称な入射角特性をそれぞれに呈するアレイ物品を用いて、入射角の変化に対して対称な光学性能を与えるため、及び非三角形の基部を有するコーナキューブプリズムを備えたアレイ物品の光学性能を改良するために、導入できる。
図41において、合成アレイ物品300は、領域303、305、307、309、311を備え、各領域はコーナキューブ素子アレイで構成されている。合成アレイ物品は、少なくとも１つの領域を含む異なる設計のアレイの幾つかの領域群を含むことができる。但し、当該少なくとも１つの領域とは、一例においては平行な二等分線を有する素子であって、平行な溝の２種類のセットから形成されているコーナキューブ素子を含む異なる幾何学的構造体を含んで成るものである。ある種のアレイ物品では多数の新規特徴がある。領域311は、デュアル溝セット式アレイ物品の一例であり、この例では、コーナキューブ素子が共通基準面の上方の異なる高さを有し、少なくとも１種類の溝セットにおける少なくとも２本の溝が異なる溝深さのものであり、コーナキューブ素子が平行な対称軸と、第１溝とその隣りの第２溝との間隔として当該第２溝とその隣りの第３溝との間隔とは相違している間隔とを有しており、少なくとも１種類の溝セットにおける溝の間隔は少なくとも２種類のコーナキューブ素子が異なる長さを有するように多様化しており、そして有効開口が非ゼロ入射角において多様化している。図42は、アレイ物品300の有効開口として、領域303,305,307及び307のコーナキューブ素子に対応している有効開口318,320,322及び324を示している。有効開口326,327,328は領域311のコーナキューブ素子における種々の開口に対応している。
コーナキューブ素子合成アレイ物品の隣り合う領域は、異なる寸法と異なるコーナキューブ素子方向性を有していてよい。それら領域の寸法は、具体的用途の要件に従って選定される。例えば交通制御用途では、予期される最短視距離で、狙いを定めていない人間の眼によって視覚的に解像されない程に充分に小さい領域群が要求される。それにより、均一な外観を呈する合成アレイが作製される。或いは、舗道マーカー、側溝／進入路マーキング、方向反射器、障壁等の用途では、必要とされる最大視距離で、狙いを定めていない眼によって容易に解像され得る程に充分に大きい領域群が要求される。それに加えて、合成アレイシーティングは、最大の全光再帰性が望まれるときに、これらの用途で有用であり得る。従来のアレイシーティングは、例えば交通障壁の用途において、本発明の多くの合成アレイシーティングのようには多様な方向への全光再帰性を達成することができない。
図43〜図45は、複数の分離面342によって離間させられているコーナキューブ素子337、338を含む複数の幾何学的構造体を有するアレイ物品334を示している。素子337、338の側面345、346、347、348は、各分離面に対する境界縁部350、351を形成している。それら側面は、コーナキューブ及び他の幾何学的構造体におけるコーナキューブ素子光学面及び非光学面を包含し得る。分離面342は、断面視で平坦部分又は湾曲部分を有してもよい。
分離面は、非対称式再帰反射性コーナキューブ素子アレイを利用した可撓性シーティングを含むシーティングにおいて、光透過性すなわち透明性を増大させるために有利に用いることができる。これは例えば、通常は射出成形法を用いて作製される標識や自動車の信号光反射器等の、内部照明型の再帰反射性物品に特に有用である。図43に示す実施形態では、分離面が、追加のコーナキューブ素子を形成するために多様な深さの溝を切削されたキューブエッジとの組合せで示されている。このプロセスは、必要とされるコーナキューブエッジや他の構造体表面の面取りのためにも使用される。分離面342は、平坦又は湾曲チップを有する工作工具を用いて、或いは複合構造コーナキューブ素子アレイマスターのレプリカからさらに材料を除去することによって、形成できる。構造上の特徴の多くの組合せは、本発明の範囲内で可能であり、しかもこれらの組合せは図示の具体的な実施形態に制限されるものではない。
本発明の再帰反射性の物品ないしシーティングに適した材料は、寸法安定性、耐久性及び耐候性があり、且つ所望形態に容易に複製できる透明材料であることが好ましい。適当な材料の例は、ガラス、アクリル（Rohm and Hass Companyによって製造されたPlexiglasブランドの樹脂のような約1.5の屈折率を有するもの）、ポリカーボネート（約1.57の屈折率を有するもの）、反応性材料（米国特許第4,576,850号、同第4,582,885号及び同第4,668,558号に教示されているようなもの）、ポリエチレン基イオノマー（SURLYNのブランド名でE.I.Dupont de Nemours and Co,Inc.によって市販されているもの等）、ポリエステル、ポリウレタン、及びセルローズアセテートブチレートを包含する。ポリカーボネートは、一般に広範囲の入射角に亘って再帰反射性能を向上させるのに役立つ頑丈さ及び比較的高い屈折率を有するので、特に適している。これらの材料はさらに、染料、着色剤、顔料、UV安定剤、又は他の添加剤を含有することができる。材料が透明性を有することにより、物品ないしシーティングの分離面又は面取り面がそれを通し確実に光を透過させるようになる。
面取り面や分離面を採用することにより、物品の再帰反射性を消滅させることなく、物品全体に亘って局部的な透明部分が形成される。部分的に透明な材料が要求される用途では、物品の低い屈折率が、物品を透過する光の範囲を向上させる。このような用途では、光透過範囲に優れたアクリル（屈折率約1.5）が望ましい。
完全再帰反射性が必要な物品では、高屈折率を有する材料が好ましい。このような用途では、約1.5の屈折率を有するポリカーボネート等の材料が、材料の屈折率と空気の屈折率の差を高めて再帰反射性を増大させるために使用される。また、ポリカーボネートは一般に、温度安定性と衝撃抵抗性を有するので好ましい材料となる。
本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、種々の修正及び変形をなし得ることは、当業者にとって明らかであろう。

Claims (7)

1. 互いに反対側の第１面と第２面とを有する基体（165,194）を具備し、該第１面が、少なくとも２本の溝を含む第１の溝セットと少なくとも２本の溝を含む第２の溝セットとを有し、該第２の溝セットが該第１の溝セットに交差して複数のコーナキューブ素子のアレイを形成する再帰反射性シーティングにおいて、
   前記第１面は、深さD₁まで工作された第１溝と、該深さD₁とは異なる深さD₂まで工作された第２溝とを有することを特徴とする再帰反射性シーティング。
2. 少なくとも１つの溝セットにおける複数の溝の各々が、前記第２面に略直交する平面に沿って配置された第１側面を具備する請求項１に記載の再帰反射性シーティング。
3. 前記アレイにおけるコーナキューブ素子の対称軸が実質的に平行である請求項１又は２に記載の再帰反射性シーティング。
4. 前記アレイが、基準平面の上方で高さH₁まで延在する第１コーナキューブ素子と、該基準平面の上方で該高さH₁とは異なる高さH₂まで延在する第２コーナキューブ素子とを具備する請求項１〜３のいずれか１項に記載の再帰反射性シーティング。
5. コーナキューブ物品を製作する方法であって、
   工作可能な基体を準備するステップと、
   少なくとも２本の溝を含む第１の溝セットを前記基体に工作するステップと、
   少なくとも２本の溝を含む第２の溝セットであって、前記第１の溝セットに交差してコーナキューブ素子のアレイを形成する第２の溝セットを、前記基体に工作するステップとを具備し、
   前記基体が、深さD₁まで工作された第１溝と、該深さD₁とは異なる深さD₂まで工作された第２溝とを有するものであること、
   を特徴とするコーナキューブ物品製作方法。
6. 前記第１溝と前記第２溝とが実質的に平行である請求項５に記載の方法。
7. 前記第１溝が前記第２溝に交差する請求項５に記載の方法。

Images