KR0151136B1 - 큐브 코너 역반사체 - Google Patents
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Abstract
전방측면과 후방측면을 지니는 투명한 표면층(140)과 반사 요소(120,172,174)의 열을 표함하는 역반사체(10,110,170)에 있어서, 상기 각각의 반사 요소는: (a)상기 표면층(140)의 후면 상의 직사각형 기저부(122)와; (b)삼각형 단면을 갖는 반사 요소를 형성하도록 직사각형 기저부의 모서리에 각기 연결된 상호 수직한 2개의 직사각형 면(124,126; 176A,176B; 180A,180B)과; (c)상호 평행하며 상기 직사각형 면에 수직하고, 반사 요소의 단부를 형성하는 2개의 삼각형 면(128,129)을 포함하고; 상기 삼각형 면과 직사각형 면은 그 사이에 한 쌍의 큐브 코너(130,132)를 형성하며; 상기 반사 요소는 수직한 두 셋트의 평행한 홈(134,136), 즉 V형의 제1홈 셋트(134)와 상기 직사각형 기저부에 수직한 한 쌍의 면을 지니는 제2홈 셋트(136)에 의해 형성되고, 상기 홈 셋트의 최소한 한 셋트는 동일한 셋트의 다른 홈 측면각으로부터 3°미만으로 차이가 있는 홈 측면각(a,b,g,h,i)을 갖는 하나 이상의 홈을 포함함으로써, 큐브 코너 역반사 요소의 열은 하나의 반사 요소로부터 다른 반사 요소로의 면들 사이의 이면각의 적어도 하나에 작은 편차가 있으며, 이러한 편차는 모든 반사 요소에 필요한 것은 아니고 최소한 몇 개에만 존재하는 것을 특징으로 하는 역반사체.
Description
제1도는 교차하는 3개의 평행한 V형 홈(groove)셋트로 형성된, 본 발명의 방법으로 제조된 역반사 요소의 후방측면의 평면도.
제2도는 동일한 셋트의 다른 홈 측면각과의 차이가 확대 도시된 홈 측면각을 갖는 대표적인 홈 셋트의 일부를 도시하는 확대도.
제3도는 본 발명의 방법으로 제조된 역반사체의 대표적인 홈 패턴을 도시하는 개략 평면도.
제4도는 본 발명의 방법의 역반사체의 대표적인 홈 패턴을 도시하는 개략 평면도.
제5도는 본 발명의 역반사 요소의 후방측면의 부분 평면도.
제6도는 제5도의 선 6-6을 따라 취한 수직 단면도와 유사하나, 동일한 셋트의 다른 홈 측면각과의 차이가 과장된 홈 측면각을 갖는 수직 단면도.
제7도는 제5도의 선 7-7을 따라 취한 횡단면도.
제8도는 본 발명의 경사진 이등분선 실시예의 부분 평면도.
제9도는 제8도의 선 9-9의 수직 단면도와 유사한 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10,110,170 : 역반사체 120,172,174 : 반사 요소
122 : 직사각형 기저부
124,126,176A,176B,180A,180B : 2개의 직사각형 면
128,129 : 2개의 삼각형 면 130,132 : 한 쌍의 큐브 코너
134 : V형의 제1홈 셋트 136 : 제2홈 셋트
140 : 투명한 표면층 160 : 지지층
178,182 : 이등분선 a,b,g,h,i : 홈 측면각
본 발명은 큐브 코너 역반사체(cube-corner retroreflective articles)에 관한 것으로, 특히 입사각이 클 때 효과적이며 역반사체에 의해 역반사된 빛이 바람직한 패턴 또는 발산형으로 분산되도록 맞출 수 있는 큐브 코너 역반사체에 관한 것이다.
현재 큐브 코너형 반사 요소를 이용한 역반사체는 당해 기술 분야에서 잘 알려져 있다. 큐브 코너 반사 요소는 챔버 또는 입방체의 코너로 규정되는 형태와 같이 한 코너에서 만나는 3개의 상호 수직한 측면을 지니는 삼면 구조이다. 통상적으로 큐브 코너형 반사 요소에 의해 이루어지는 역반사는 전내부 반사의 원리(principle of total internal reflection)를 통해 이루어진다. 투명한 큐브 코너 요소는 임의의 각도로 입사광을 수용하여 이를 동일한 방향으로 반송한다(예컨대, 미국 특허 제3,924,929호, 제4,672,089호, 제4,349,598호, 및 제4,588,258호 참조).
광원을 향해 역반사체에 의해 반사되는 빛은 일반적으로 빛이 반사기로 가는 경로를 중심으로 하는 원추형 패턴으로 퍼지는데, 이러한 퍼짐은, 예를 들어 달려오는 자동차의 전조등으로부터 나온 빛이 역반사성 표지판에 의해 자동차 쪽으로 반사되어, 전조등 광선의 축으로부터 벗어나서 위치한 운전자의 눈에 도달하도록 충분히 발산시키는 데 필요하다. 종래의 큐브 코너 역반사체에서는, 이러한 역반사광의 원추형 퍼짐은 큐브 코너 역반사 요소의 결함(예를 들어, 면의 비평면성, 상호 수직위치로부터 면의 우연한 경사 등)과, 역반사된 빛이 3개의 반사면의 밑변에 의해 형성된 틈새를 통해 나옴으로써 일어나는 회절을 통해 얻어졌다(스템(Stamm)의 미국 특허 제3,712,706호 참조).
그러나, 큐브 코너 역반사체로부터 반사된 빛의 퍼짐에는 결함이 있다. 반사된 빛이 축으로부터 더욱 벗어나야 하는 많은 용도에서는, 역반사된 빛으로 이루어진 원추의 폭이 종종 너무 좁다. 또한 큐브 코너 역반사 요소의 삼면 성질은 역반사된 빛의 원추에 바람직하지 않은 비대칭 형태를 부여하여, 상이한 표시각(용어 풀이는 명세서의 말미에 있음)에서 관측하였을 때 역반사 휘도에 차이가 있게 된다.
이러한 결함은 큐브 코너 역반사 시트로 도포된 표지판을 통과하는 자동차에 나란히 앉은 두 사람이 표지의 휘도에 대해 명백히 다른 인식을 할 수 있을 정도로 클수 있다.
다니까(Tanaka)으 미국 특허 제3,3817,596호는 고의로 경사를 부여함으로써 큐브 코너 역반사 요소의 면에 수직성 또는 직교성이 없도록 하여 큐브 코너 역반사체로부터 나오는 빛의 발산 또는 퍼짐을 증가시켰다. 피. 알. 요우더(P. R. Yoder)의 삼중 거울 및 사면 프리즘의 광 편차 오차에 대한 연구(Journal of the Optical Society of America, Vol. 48,No 7, 1958년 7월); 엔. 이. 리틴(N. E. Rityn)의 큐브 코너 반사기의 광학(Soviet Journal of Optical technology, Vol. 34, p. 198 이하 참조) 및; 에이치. 디. 엑크하르트(H. D. Eckhardt)의 코너 반사기 현상의 간단한 모델(Applied Optics, Vol. 10, No. 7, 1971년 7월)과 같은 논문들에서 지적되었듯이, 면에 상기와 같이 경사를 부여하는 것은, 큐브 코너 역반사 요소에 의해 반사되는 빛이 요소의 기준 축으로부터 발산하는 최대 6개 정도의 비임으로 나누어 지도록 하여 빛을 보다 넓은 범위의 각으로 퍼지도록 한다.
비록 미국 특허 제3,817,596호에 지적된 빛의 퍼짐이, 역반사체가 역반사에 의해서 보여질 수 있는 관찰각을 증가시키기는 하였지만, 큐브 코너 역반사 요소의 삼면 성질에 기인하는 근본적인 비대칭성을 해결하고자 하는 노력은 없다. 더욱이, 일반적으로 이와 같이 좁은 관찰각으로 보내지는 빛이 공간의 확장된 영역을 통해 퍼지기 때문에, 상기 퍼짐은 통상 경험하는 작은 관찰각, 즉 기준축 근처의 좁은 각에서의 역반사 휘도를 감소시킨다. 일반적으로 역반사체는 확장된 공간에 걸친 지점에서 관찰되지 않으므로, 퍼진 많은 빛은 버려지게 되며 이러한 빛은 재료의 역반사 휘도를 크게 감소시킨다(미국 특허 제3,817,596호의 제6도 참조).
히난(Heenan)의 미국 특허 제3,833,285호는 큐브 코너 역반사체로부터의 빛의 발산 또는 퍼짐을 다른 방법을 통해, 구체적으로는 재료에 일렬로 배열된 특수한 큐브 코너 역반사 요소의 셋트를 조합함으로써 바꾼다.
미국 특허 제3,833,285호에 지적된 역반사체의 단점은, 교통 통제 표지판과 같은 많은 역반사체에서 역반사체의 다른 역반사 요소의 것과는 현저하게 다른 패턴으로 빛을 분산시키는 격리된 역반사 요소의 일렬을 갖는 것이 혼란스러울 수 있다는 점이다. 예를 들어, 관찰자는 균일하게 비추어진 역반사 표지판을 보기 보다는, 표지판에 나타난 정보의 이해를 혼동시키는 휘도 상의 변이를 볼 수가 있다.
더욱이, 미국 특허 제3,833,285호에 기재된 것과 같은 제품은 요소들이 열을 형성하도록 연속적으로 묶이는 개개의 핀을 정밀하게 제조할 것을 필요로 하는데, 상기한 개별 핀을 정밀하게 제조하고 묶어서 요구 제조 공차 내의 역반사체를 만드는 것은 어려운 일이다.
따라서, 역반사되는 빛이 소정 패턴 또는 발산형으로 분산되도록 각기 맞추어지고 입사각이 클 때 효과적인, 개선된 역반사체가 요구된다.
본 발명은 큰 입사각에서 효과적이고 그에 의해서 역반사된 빛을 소정 패턴 또는 발산형으로 분산시키도록 각기 맞추어진 역반사체를 제공한다.
본 발명의 역반사체는 전방측면과 후방측면을 지니는 투명한 표면층과 큐브 코너 반사 요소의 열을 포함하며, 각각의 반사 요소는 상기 표면층의 후방면 위에 놓이는 직사각형 기저부와, 삼각형 단면을 갖는 반사 요소를 형성하도록 직사각형 기저부의 모서리에 각기 연결된 상호 거의 수직한 2개의 직사각형 면과, 상호 거의 평행하며 상기 직사각형 면에 거의 수직하고 상기 반사 요소의 단부를 형성하는 2개의 삼각형 면을 포함하고, 반사 요소는 그 기저부가 표면층에 인접하여 배치되면서 삼각형과 직사각형 면은 그 사이에 근사 큐브 코너의 쌍을 형성한다. 여기에 사용된 거의 평행한 및 거의 수직한이라 함은 사실상 평행하거나 수직한 면과, 진정한 평행 또는 수직으로부터 약간의 편차를 갖는 면을 지칭한다.
반사 요소는 2개의 수직 교차하는 평행한 홈 셋트, 즉 V자형의 제1 셋트와 각기 직사각형 기저부에 거의 수직한 한 쌍의 면을 갖는 제2 셋트의 홈에 의해 형성된다. 제1 셋트의 홈은 직사각형 면을 형성하며 제2 셋트의 홈은 반사 요소의 삼각형 면을 형성한다. 상기 홈 셋트의 적어도 한 셋트는 동일한 셋트의 다른 홈 측면각으로부터 약간(3°미만, 통상 1°미만)차이가 나는 홈 측면각을 갖는 하나 이상의 홈을 포함한다.
홈 측면각의 이러한 차이는 반복적인 패턴으로 또는 차례대로 발생할 수 있다. 홈 측면각의 편차의 결과로서, 큐브 코너 역반사 요소들은 하나의 반사 요소와 다른 요소의 면들 사이의 이면각의 적어도 하나에 작은 편차가 있으며, 이러한 편차는 최소한 몇 개의 요소에 있겠으나, 모든 반사 요소에 있을 필요는 없다. 따라서, 다수개의 다른 형태로 이루어진 다수개의 큐브 코너 역반사 요소가 형성된다. 직교하지 않는 큐브 코너 역반사 요소에는 적어도 하나의 다른 헝태가 있는데, 이는 요소의 적어도 하나의 면이 요소 내의 모든 이면각이 직각이 되기 위해 필요한 각도에서 임의의 각만큼 차이가 나는 각으로 경사졌음을 의미하며, 이면각이 모두 직각은 아니더라도, 이와 같은 요소도 그 형상과 기능 면에서 이상적인 큐브 코너 역반사 요소와 퍽 유사하기 때문에 큐브 코너 역반사 요소로 간주된다.
특수한 형상은 갖는 큐브 코너 역반사 요소는 특수한 형상의 광패턴으로 입사광을 역반사한다. 본 발명의 역반사체에 의해 역반사된 빛의 전체적인 패턴, 즉 역반사체의 발산형은 홈 측면각의 편차를 지정함으로써 설계할 수 있다. 표지판으로서의 실제적인 장점은 자동차의 전조등을 향해 빚을 반사시키기보다는 관찰자 지역으로 빛을 귀환시키는 발산형을 갖도록 설계할 수 있다는 것이다. 즉, 발산형은 퍼질 수 있다.
전술한 바람직한 상기의 홈 측면각 편차의 반복 패턴을 사용하면, 반사 요소의 열은 반복되는 서브 어레이(sub-arrays)로 나뉘고, 각각의 서브 어레이는 다수개으 상이한 형태를 갖는 다수개의 큐브 코너 역반사 요소를 포함한다. 발산형은 서브-어레이 내의 특수 형태의 큐브 코너 반사 요소가 빛을 역반사시키는 여러 광패턴의 합으로 이루어지며, 각각의 특수한 형태의 광패턴은 전체적인 패턴에 소정 형상을 부여하도록 선택될 수 있다.
또한, 본 발명은 큐브 코너 역반사체를 형성하는 공구를 준비하여 큐브 코너 요소의 최소한 몇 개의 측면을 형성하는 적어도 한 셋트의 평행한 홈을 공작재에 형성하되, 상기 홈의 적어도 하나는 직각 큐브 코너 요소를 제공하는 데 요구되는 각으로부터 소정의 소량으로 차이가 있는 각이 되도록 형성하는 것을 포함하는 방법을 제공한다.
본 발명의 방법에 의해 만든 압형(tooling)으로 제조된 대표적인 역반사 시트재(10)가 제1도에는 시트재의 후방에서 도시되고 제2도에는 단면으로 도시되었다.
제1도에 도시된 바와 같이, 시트재(10)의 조형된 후면은 큐브 코너 역반사 요소의 조밀한 또는 완전히 채워진 열을 형성하는 3개의 교차하는 평행한 V형 홈 셋트(11,12,13)에 의해 형성된다. 홈의 측면각, 즉 홈 측면각은 홈이 교차선, 즉 제1도의 대표적인 큐브 코너 역반사 요소(17)의 선(14,15,16)에서 형성된 이면각이 대략 90°가 되도록 선택된다. 그러나, 반복 패턴 내에서, 교차하는 평행한 홈 셋트의 적어도 하나는 동일한 셋트의 적어도 하나의 다른 홈 측면각으로부터 차이가 나는 하나 또는 2개의 홈 측면각을 갖는 홈을 지닌다. 반복 패턴이란 특수한 특정 홈 측면각(들)이 큐브 코너 역반사 요소의 열을 가로질러 주기적으로 발생하는 것, 즉 열의 특정 홈 측면각(들)이 앞서 발생하였던 지점으로부터 동일한 개수의 홈을 사이에 두고 이격되어 있는 것을 뜻한다.
제2도는 동일 셋트의 다른 홈 측면각으로부터 차이가 나는 홈 측면각을 갖는 대표적인 홈 셋트의 일부를 확대 도시한다. 특히, 제2도는 제1도의 시트재의 홈 셋트(13), 즉 131,132,133,134를 도시한다. 이러한 홈 셋트에서는, 홈의 측면과 홈의 하부 모서리(19)에 의해 규정되는 평면에 수직한 평면(18) 사이에 4개의 상이한 홈 측면각 a,b,c 및 d가 있다. 또한, 본 발명은 홈의 하부 모서리가 동일 평면 상에 있지 않은 형태도 포함한다. 홈 측면각은 a-b-c-d-a-b-c-d의 반복 패턴으로 배열된다. 이러한 대표적인 홈 측면각 셋트의 a는 홈 측면이 다른 2개의 홈 셋트의 홈 측면과의 교차점에서 직각의 이면각을 형성하는 각이며(이러한 홈 측면각은 종종 직각-형성 홈 측면각으로 지칭된다), 홈 측면각들 b,c 및 d는 직각의 이면각을 이루지 않는다. 직각-형성 홈 측면의 위치는 제2도에 점선으로 도시되었으며 도시된 바와 같이 각도 b는 직교하는 데 필요한 각보다 작으며, 각 c 및 d는 직각을 얻기에 요구되는 각보다 크다.
제3도 및 제4도는 본 발명의 방법에 의해 만들어진 압형으로 제조된 역반사체의 대표적인 홈 패턴의 개략 평면도이다. 이들 도면에서, 각각의 선은 하나의 V형 홈을 나타내며, 선의 양 측면에 있는 문자는 홈의 그 측면에서의 홈 측면각을 나타낸다. 이러한 예에 도시되었듯이, 3개의 홈 셋트 각각은 상이한 홈 측면각의 반복 패턴을 갖는다. 제3도에서, 한 셋트는 a-b-b-a 패턴을 가지며, 제2 셋트는 a-b-a-b-b-a-b-a 패턴을 갖는 한편 제3 셋트는 c-d-e-f-d-c-f-e 패턴을 갖는다.
제4도에서, 상이한 홈 패턴은 각기 a-b-b-a 패턴, a-b-a-b-b-a-b-a 패턴 및 c-d-d-c 패턴이다.
도5 내지 도7을 참조하면, 반사 요소(120)가 구비된 본 발명의 역반사체(110)가 도시되었다. 반사 요소(120)는 직사각형 기저부(122)와, 한 쌍의 직사각형 면(124,126) 및 한 쌍의 거의 수직한 삼각형 면(128,129)을 포함한다. 삼각형 면(128,129)은 기저부(122)에 거의 수직하게 놓인다. 통상적으로, 직사각형 기저부의 길이는 0.5mm이거나 그 미만이며, 직사각형 면(124,126)의 교차 지점은 기저부로부터 0.2mm미만이다.
직사각형 면(124,126)과 삼각형 면(128,129)은 다음에 보다 상세하게 설명할 큐브 코너(130,132)를 형성한다. 큐브 코너(130,132)는 그들이 직각 또는 직각이 아닌 큐브 코너인지에 무관하게 큐브 코너로 지칭된다.
반사 요소(120)는 제5도에 도시된 바와 같이 일정하게 일렬로 배열되며 삼각형 면(128)은 인접한 반사 요소(120)의 삼각형 면(129)에 인접해 있다. 직사각형 면(124,126)은 제1의 V형 홈(134)을 형성한다. 삼각형 면(128,129)은 거의 수직한 면인 삼각현 면(128,129)을 지니는 제2의 홈(136)을 형성한다. 제5도에 도시된 바와 같이 제1홈(134) 및 제2홈(136)은 상호 수직하다.
제7도에 도시된 바와 같이, 역반사 요소(120)는 투명한 표면층(140)의 후면상에 형성된다. 상기 요소(120)는 접착층(162)을 갖는 지지체(160)에 부착되고, 접착층은 역반사체(110)를 표지판 재료(164)에 부착하는 데 사용된다.
이러한 역반사체는 화이트(White)의 미국 특허 제4,349,598호(여기 참고로 기재됨)으 것과 유사하지만, 중요한 차이가 있다. 즉, 최소한 몇 개의 큐브 코너 요소의 이면각은 90°가 아니며 몇 개의 각은 90°로부터 1°미만으로 차이가있는 것이 일반적이다. 이러한 차이으 크기는, 예를 들어 하나의 큐브 코너 요소가 90°30'의 이면각을 가지며 다음 것은 89°50'의 각을 지니도록 변한다. 복수 비직교(multi-nonorthogonal)라 일컬어지는 역반사체에는 이와 같은 편차가 여러 가지가 있다. 이러한 특징은 역반사체의 면을 가로질러 반사되는 빛의 휘도의 편차를 완화하는 데 도움을 주며, 이는 큐브 코너 요소를 형성하는 홈의 편차에 기인한다.
V형 제1홈(134)의 홈 측면각은 약 45°이다. 거의 수직한 측면을 지니는 제2홈(136)의 홈 측면각은 약 0°이다. 그러나, 반복 패턴 내에서, 교차하는 평행한 홈 셋트의 적어도 하나는 동일한 셋트의 적어도 하나의 다른 홈 측면각과 상이한 하나 또는 2개의 홈 측면각을 갖는 홈을 포함한다. 본 발명의 시트 재료로 이루어진 각 역반사 요소는 2개의 큐브 코너를 갖는다. 어떤 경우에는, 2개의 큐브 코너가 동일한 반면, 다른 경우에는 큐브 코너들이 직각이 아닌 하나 또는 2개의 큐브 코너로 서로 약간 다르게 될 수 있다.
제6도는 동일한 셋트의 다른 홈 측면각과 차이가 나는 홈 측면각을 지닌 대표적인 홈 셋트의 일부를 확대 도시한다. 이러한 홈들은, 바닥에 수직한 직각 코너를 또는 측면을 지니는 채널의 단면과 거의 유사하게 보이므로, 직각 채널 단면 홈으로 지칭된다. 특히, 제6도는 제5도의 시트재의 하나의 홈 셋트(136), 즉 1361,1362,1363,1364를 도시한다. 이러한 홈 셋트에서는, 상기 홈과 홈의 하부 모서리(137)에 의해 규정되는 평면에 수직한 평면(139) 사이로 3개의 다른 홈 측면각들 g,h, 및 i가 연장한다. 홈 측면각은 g-h-i-g-i-h-g-h의 반복 패턴으로 배열된다.
이러한 대표적인 셋트의 홈 측면각 g는, 이러한 대표적인 역반사체에서 홈 측면과 V형 홈의 다른 셋트의 홈과 교차 지점에서 직각의 이면각을 형성하는 각이다. 홈 측면각들 h와 i는 직각의 이면각을 이루지 않는다. 직각-형성 홈 측면의 위치는 제6도에 점선으로 도시되었다. 각 h와 i는 직각을 이루기 위한 각도보다 크다.
본 발명의 V형 홈 셋트의 홈 측면각은 이상에서 제2도에 설명한 바와 같이 변화 가능하다. 예를 들면, 직각 큐브 코너는 제2도의 2개의 홈 측면각 a와 제6도의 홈 측면각 g가 교차됨으로써 형성될 수 있다.
또한, 제5도는 본 발명의 역반사체의 대표적인 홈 패턴을 도시한다. 이 도면에서 각 선의 양 측면 상의 문자는 홈의 그 측면에서의 홈 측면각을 나타내고 있으면서 도면 좌측의 직각 수평선 각각은 V형 홈을 나타낸다. 쌍을 이루는 수직선은 각기 거의 수직한 측벽을 지니는 제2의 홈을 나타내며 선의 각 측면의 문자는 그 측면에서의 홈 측면각을 나타낸다. 이러한 실시예에서 알 수 있듯이, 2개의 홈 셋트 각각은 홈 측면각의 다른 반복 패턴을 가질 수 있다. 제5도에서, 제1홈 셋트는 a-b-b-a 패턴을 지니며, 제2홈 셋트는 g-h-i-g-i-g-h 패턴을 갖는다.
홈의 바람직한 반복 패턴은 역반사체의 일 측면의 넓은 면적을 가로질러 분포된 큐브 코너 역반사 요소의 주기적으로 반복되는 그룹 또는 서브-어레이를 형성한다. 제5도에 도시된 홈 패턴에 따르면, 6개의 별개의 큐브 코너 역반사 요소들로 이루어질 수 있는 서브-어레이가형성된다. 즉, a,b,g,h,i 가 모두가 서로 다르다고 가정하면, 6개의 특정 형상의 큐브 코너 역반사 요소가 서브-어레이에 존재한다.
이상에서 논의되었던 반복 패턴으로 측면각이 반복되는 대신에, 보다 불규칙하게, 즉 주어진 측면각의 반복부들 사이의 4개, 6개 그리고 5개의 홈이 있을 수 있다. 본 발명의 가장 역반사적인 역반사체에서는, 다수개의 홈이 있으며, 직각이 아닌 특정 홈 측면각이 여러 차례(예를 들며, 10 또는 100번까지 또는 그 이상)반복될 수 있다. 또한, 본 발명의 가장 역반사성이 강한 역반사체에서는, 많은 수의 홈 측면각(예를 들어, 3분의 1 또는 그 이상), 종종 거의 모든 홈 측면각이 직각이 아니다. 특수한 홈 측면각은 보다 짧은 간격으로, 예를 들어 10개 또는 그 미만의 홈 간격으로 반복되는 것이 일반적이다.
홈 측면각이 상호 독립적으로 조정되거나 선택되므로, 요소의 쌍일 필요는 없으나, 그 대신에 필요하다면 요소는 서로 모두 다르게 될 수 있다. 도5에 도시된 요소의 쌍은 열에 사용된 홈의 특정 반복 패턴 때문에 발생하는데, 예를 들어 a-b 패턴을 인접한 홈의 b-a 패턴으로 회전시키면 각 요소는 제1요소로부터 180°회전된 유사한 형태의 요소와 일치하게 된다. 어떠한 반복 패턴이 사용되었던, 패턴이 주기적이라면, 서브-어레이는 모두 서로 동일하게 된다.
서브-어레이 내의 모든 홈 측면각이 서로 다르다는 것은 중요하지 않다. 예를 들어, 제3도에서, c와 e는 서로 동일할 수 있으며, 혹은 여타 홈 측면각이 동일할 수 있다. 그러나, 2개의 홈 셋트 중의 적어도 하나는, 혹은 보다나은 통제를 위해서는 홈 셋트 중의 적어도 2개(2개 중에 2개 또는 3개 중에 2개)는 동일한 셋트의 적어도 하나의 다른 홈 측면각과 차이가 나는 최소한 하나의 홈 측면각을 가지며, 그 결과 서브-어레이 내의 큐브 코너 역반사 요소의 다수개(예를 들어, 최소한 2개의)는 다르게 형성된다. 즉, 서로 다른 형상을 지닌다. 형상의 이러한 차이는 180°회전 또는 상술한 미국 특허 제4,588,258호의 큐브 코너 요소의 유사 180°회전과 같이 그 축 둘레로 요소를 단순히 회전시키는 것 이상이며, 대신에 예를 들어 큐브 코너 요소의 특정 면이 수직이 아니기 때문에 야기된다.
홈 측면각의 제조 방법 및 결과에 대한 자세한 설명은 여기 참고로 언급된 원특허인 미국 특허 제4,775,219호에서 알 수 있다.
각 반복 패턴의 개개의 홈 측면각은 직각 또는 직각이 아니게 제조될 수 있으며, 언급하기는 하였으나, 셋트의 적어도 하나에는 셋트의 다른 홈 측면각과 상이한 적어도 하나의 홈 측면각이 있을 것이며, 이는 셋트 내에 직각을 형성하지 않는 홈 측면각이 최소한 하나는 있어야 한다는 것을 의미한다. 직각을 형성하는 각보다 크거나 작은 정도는 보다 큰 편차로도 가능하겠으나, 몇 분각도, 즉 약15 내지 30분각도 또는 그 미만인 것이 보통이다. 본 발명의 역반사체가 성형되는 압형 내의 홈 측면각은 ±1/2분각도 내인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 ±1/4분각도 내로 선택하는 것이다. 더 이상의 편차가 성형 작업 중에 발생할 수 있으나, 2 또는 3분각도 이하로 변경되며, 특히 양호하게는 1 또는 2분각도 이하의 변경이 성형 중에 일어난다. 평판 금속 표면에 V형 다이어몬드 공구를 사용하여 교차하는 평행한 홈 셋트를 절삭함으로써 큐브 코너 반사기의 원판 성형 기술은 여기서 참고로 언급된 미국 특허 제3,712,706호에 기재되었다(예를 들어, 3컬럼 35행 내지 54행, 4컬럼 57행 내지 5컬럼 24행 및 17칼럼 25행 내지 22칼럼 47행 참조).
본 발명의 방법의 장점은 홈을 절삭할 때 홈의 각 측면을 따라서 제조되는 모든 면이 정확히 동일한 각을 갖는다는 점이다. 또한, 동일한 측면각은 절삭 공구가 동일한 홈을 반복하기 위해 인덱스될 때마다 매우 정밀하게 얻어질 수 있다. 큐브 코너 역반사 요소를 동일하게 성형함에 있어서의 정밀함은 각 큐브 코너 역반사 요소로부터 역반사된 광패턴이 정확하게 중첩되도록 하므로, 따라서 광학적 디자인이 동일한 큐브 코너 요소들 간에 상이하거나 불일치하는 것을 최소화한다. 이러한 상호 작용적인 정밀성은 통제된 빛의 사용을 도모하여 빛이 의도한 각으로만 향하게 된다.
본 발명의 역반사체의 조형 표면에 형성된 홈들은, 많은 개별 서브 어레이들이 홈의 반복 패턴에 의해 창출되면서, 복수개의 서브-어레이를 가로질러 연속적으로 연장하는 것이 바람직하다. 이러한 연속적인 홈은 큰 큐브 코너 역반사 요소(히난의 미국 특허 제3,833,285호 참조)에 사용되었던 것과 같이 큐브 코너 역반사 요소의 형상을 각기 지니는 개개의 핀으로 형성하는 것과 대조적이며, 또한 열이 일단의 핀들로 형성된 평면 표면 상에 홈을 형성하는 단계와, 핀을 헐겁게 하는 단계와, 핀을 회전시키는 단계 및 일단의 핀을 재조립하는 단계를 통해 제공되는 상이하게 배향된 큐브 코너 역반사 부재로 이루어진 구역을 포함하는 미국 특허 제4,243,618호(반 아남)의 공정과도 대조를 이룬다. 연속 홈을 사용하는 것이 보다 편리하며 절삭이 비용이 적게 들고 구역 간의 경계부에서 반사의 장애 및 손실을 피할 수 있기 때문에 유용하다.
홈의 직교성으로부터의 편차는 홈을 형성하는 데 사용되는 끝이 다이어몬드인 공구와 같은 V형의 공구를 경사지게 하거나 오프셋시켜서 얻어질 수 있다. 또한 동일한 공구가 하나 이상의 홈 셋트를 절삭하는 데 사용될 수 있다. 거의 수직한 측면을 갖는 홈도 마찬가지의 방식으로 절삭될 수 있다.
제9도를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예의 개략적인 단면이 도시된다. 제8도는 제9도의 실시예의 부분 평면도이다. 제8도 및 제9도에는, 수평 방향으로의 유향각도(angularity)가 개선된 역반사재(170)가 도시되었다. 이와 같은 개선된 유향각도를 예를 들어 도로 표지 또는 수직 장벽 표지(vertical barrier delineators)에서 중요하다. 낮은 유향각도를 지니는 역반사체는 대체로 광학 축을 중심으로 좁은 각도 범위로 부딪히는 빛만을 밝게 역반사한다. 고속도로에 위치한 도로 표지에서, 입사각은 자동차 전조등의 광선과 도로 표지의 반사판 표면에 수직한 선 사이의 각이며 입사각의입사면은 이 2개의 선들로 형성한다. 유향각도는 표지판이 역반사체로서의 효과를 발휘하는 한도 내에서 도로 표지의 반사면에 수직한 선으로부터 가장 멀리 벌어진 각으로 형성되는 시트의 성질이다.
제9도에는, 기저부(171)를 갖는 반사 요소(172,174)가 도시된다. 요소(172)는 거의 직각을 형성하도록 교차하는 한 쌍의 직사각형 면(176A,176B)을 가진다. 이등분선(178)은 면(176) 사이의 각을 이등분하며 기저부(171)와 거의 직각으로 교차한다. 이것은 제5 내지 제7에 도시된 것과 유사한 구조이며 때때로 수직 이등분 요소로 지칭하기도 할 것이다.
요소(174)는 이등분선(182)을 갖는 대체로 직각을 형성하도록 교차하는 한 쌍의 직사각형 면(180AM180B)을 지닌다. 이등분선(182)은 기저부(171)와 대체로 90°가 아닌 각으로 교차한다. 각도 베타(beta)는 기저부(171)에 수직한 선과 이등분선(182)사이의 각이다. 이와 같은 요소는 흔히 경사진 이등분 요소로 지칭된다.
개선된 유향각성을 지니도록 설계된 역반사체에는 요소(174)와 같이 경사 이등분 요소가 몇 개만 또는 모두 포함된다. 예를 들어 각도 베타는 모든 요소에 대해서 동일한 각도일 수도 있으며, 임의로 변경되거나, 일정하게 변경될 수 있으며 혹은 특수한 목적의 사용을 위해 다수개의 반복적인 또는 불규칙한 패턴으로 설계될 수도 있다.
경사진 이등분 요소를 포함하는 본 발명의 역반사체를 제조하기 위해, 원판 금형은 대략 90°를 포함하는 각도 공구로 제1홈을 절삭하여서 제조된다. 90°를 포함하는 각도 공구는 어떤 절삭부(직각의 이등분 요소)에서는 각도 대칭적(직각부의 각 측면이 45°인 홈)이고 다른 절삭부(경사진 이등분 요소)에서는 비대칭 정도를 변화시키면서 위치된다.
각도 베타 또는 이등분선이 수직으로부터 경사진 각은 통상적으로 약 0°내지 약 45° 이하이며 약 0°내지 약 35°인 것이 바람직하다. 이등분선의 경사정도는 경사 방향으로의 유향각성의 증가에 상응한다.
경사진 이등분선 재료 또는 수직 이등분선 재료를 제조하기 위해, 금형을 절단한 후에 이것을 음각 금형(negative molds)을 제조하기 위한 원판 금형으로 사용한다. 원판 금형의 복사판은 음각 금형으로부터 전기 성형(electroforming) 또는 기타 공지된 금형 복제 기술에 의해 제조될 수 있다. 그리고 나서, 투명 플라스틱 필름 또는 시트가 원판 금형의 패턴을 필름 또는 시트에 성형 또는 압인되도록 복제 금형 또는 다이에 가압된다. 이와는 달리, 액상 필름 성형 재료는 금형에 주조될 수 있다. 플라스틱 필름 또는 시트 위의 각인 깊이를 조절하여서, 금형 각인부를 수용하지 않는 필름 또는 판이 기저부가 그 후에 최종 역반사체용 투명 커버 시트로 사용된다.
조립의 다음 단계에서는, 복합체를 보강하고 반사 요소를 먼지와 습기로부터 보호하기 위해 반사 요소와 투명 커버 시트의 복합체는 재료층으로 도포되는 것이 바람직하다. 통상적으로 지지층은 불투명 열가소성 필름 또는 시트이며, 양호한 내후성을 갖는 것이 바람직하다. 재료는 반사 요소의 두께와 대체로 동일한 두께를 갖는 것이 일반적이다. 또한 요구되는 가용성의 정도에 따라 다른 두께로도 가능하다.
지지 필름 또는 시트는 격자 무늬 또는 임의의 다른 적절한 형태로 반사 요소에 밀봉될 수 있다. 밀봉은 초음파 용접, 접착제 또는 반사 요소 열의 이산된 지점에서 가열 밀봉하는 것을 포함한 많은 방법을 통해 실행될 수 있다(일 예로, 미국 특허 제3,924,928호 참조). 밀봉은 흙과 수분의 침입을 방지하고 큐브 코너 반사 표면 주위에 공기 공간을 보존하는 데 중요하다.
필요하다면, 역반사 요소는 금속으로 제조 가능하다. 요소가 금속이면, 금속이 빛을 반사시키므로, 요소 주위의 공기 공간은 중요하지 않다. 내구성을 위하여 금속층을 보호층, 통상 중합체층으로 도포하는 것이 바람직하다.
만약 조성물에 강성 또는 인성(toughness)이 추가로 요구되면, 폴리카보네이트, 폴리부티레이트 또는 섬유 강화 플라스틱의 지지 시트가 사용될 수 있다. 제조된 역반사체의 가요성의 정도에 따라서, 재료는 스트립 또는 기타의 적당한 형태로 로올 가공되거나 절단될 수 있다. 또한, 역반사체는 접착제를 적용하거나 다른 고정 수단을 사용하는 추가적인 단계가 없이도 임의의 기판에 도포시키는 데 편리하도록 접착 및 개봉 시트가 후방측면에 구비될 수 있다.
[용어풀이]
홈 측면각(Groove Side angle)- 홈 측면과, 홈의 길이에 평행하게 연장하며 홈 셋트의 바닥에 의해 형성되는 평면에 수직한 평면 사이의 각, 홈의 바닥들이 동일 평면 상에 있지 않은 경우에 기준 평면은 빛이 역반사체 내로 입사하는 투명한 표면 또는 표면층의 전방측면이다.
기준 중심(Reference Center)-장치의 성능을 지정할 목적으로 장치의 중심으로 지정된 역반사기 상의 또는 부근의 지점.
조명축(Illumination Axis)-기준 중심으로부터 조명원의 중심까지의 선 부분
관찰축(Observation Axis)-기준 중심으로부터 광 수용기 또는 관찰자의 중심까지의 선 부분.
관찰각(Observaion Angle)-조명축과 관찰축 사이의 각.
기준축(Reference Axis)- 역반사기의 각 위치를 기술하는 데 사용되는 기준 중심으로부터의 지정된 선 부분이며, 본 발명의 시트 재료를 포함하는 대부분의 역반사체에서는 역반사체의 전방측면에 수직한 선.
입사각(Entrance Angle)- 조명축과 기준축 사이의 각
표시각(Presentation Angle)-입사면(조명축과 기준축에 의해서 형성됨)과 관찰면(조명축과 관찰축에 의해서 형성됨) 사이의 이면각.
기준 마크(Datum Mark)-기준축 둘레의 회전에 대하여 역반사체의 방향을 표시하는 데 사용되는 역반사체 상의 마크.
관찰 절반-면(Observation Half-Plane)-조명축 상에서 시작되고 관찰축을 포함하는 절반-면.
제1축(First Axis)-기준 중심을 통과하고 관찰 절반-면에 수직한 축.
제2축(Second Axis)-기준 중심을 통과하고 제1축 및 기준축 모두에 수직한 축.
회전각(rotation angle)-기준축 상에서 시작되어 제2축의 양의 부분(예를 들어, 관찰 절반-면이 있는 제2축의 부분)으로부터 기준축 상에서 시작되고 기준점 표시를 포함하는 절반-면까지의 이면각. 회전각과 표시각은 기준점 표시가 역반사체의 기준 중심에 수직하게 배열되고, 수용기 또는 관찰자가 조명축에 수직하게 정렬되며, 조명축이 재료의 전방측면에 수직한 경우에 동일한 운동을 나타낸다. 개선된 회전 대칭성을 지니는 본 발명의 시트는 다른 각 배향으로 시트를 설치함으로써 야기되는 발산형의 차이를 최소화하기 때문에 유익하다.
시계각(Viewing Angle)-관찰축과 기준축 사이의 각.
발산형(Divergence Profile)-r좌표상의 관찰각과 θ좌표 상의 표시각의 함수로서 역반사 세기의 극도표.
관찰형 또는 관망형(Observation Profile or Viewing Profile)-발산형의 극도표와 유사하지만, 본 발명의 역반사체를 관찰자가 주시하는 관찰 위치의 범위를 정의하는 극도표. 역반사체용 발산형이 주시되는 관찰 또는 관망형과 일치하는 것이 이상적이다.
발산형이란 용어는 일반적으로 빛이 반사기를 떠날 때의 빛의 패턴에 중점을 둘 때 사용되는 반면에, 관찰 또는 시계형이란 용어는 일반적으로 관찰자에 의한 빛의 인식을 강조할 때 사용된다.
Claims (9)
- 전방측면과 후방측면을 지니는 투명한 표면층(140)과 반사 요소(120,172,174)의 열을 포함하는 역반사체(10,110,170)에 있어서, 상기 각각의 반사 요소는: (a)상기 표면층(140)의 후면 상의 직사각형 기저부(122)와; (b)삼각형 단면을 갖는 반사 요소를 형성하도록 직사각형 기저부의 모서리에 각기 연결된 상호 수직한 2개의 직사각형 면(124,126; 176A,176B; 180A,180B)과; (c)상호 평행하며 상기 직사각형 면에 수직하고, 반사 요소의 단부를 형성하는 2개의 삼각형 면(128,129)을 포함하고; 상기 삼각형 면과 직사각형 면은 그 사이에 한 쌍의 큐브 코너(130,132)를 형성하며; 상기 반사 요소는 수직한 두 셋트의 평행한 홈(134,136), 즉 V형의 제1홈 셋트(134)와 상기 직사각형 기저부에 수직한 한 쌍의 면을 지니는 제2홈 셋트(136)에 의해 형성되고, 상기 홈 셋트의 최소한 한 셋트는 동일한 셋트의 다른 홈 측면각으로부터 3°미만으로 차이가 있는 홈 측면각(a,b,g,h,i)을 갖는 하나 이상의 홈을 포함함으로써, 큐브 코너 역반사 요소의 열은 하나의 반사 요소로부터 다른 반사 요소로의 면들 사이의 이면각의 적어도 하나에 작은 편차가 있으며, 이러한 편차는 모든 반사 요소에 필요한 것은 아니고 최소한 몇 개에만 존재하는 것을 특징으로 하는 역반사체.
- 제1항에 있어서, 홈 측면각의 차이가 반복적인 패턴으로 발생하며, 이로써 반사 요소(120,172,174)의 열은 다른 형상의 광패턴으로 입사광을 역반사시키는 다수개의 다른 형상의 큐브 코너 역반사 요소(130,132)를 각기 포함하는 반복적인 서브-어레이들로 나누어지는 것을 특징으로 하는 역반사체.
- 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 역반사체는 상기 역반사체의 후면에 밀봉되는 지지층(160)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 역반사체.
- 전방측면과 후방측면을 지니는 투명한 표면층(140)과 반사 요소(120,172,174)의 열을 포함하는 역반사체(10,110,170)에 있어서, 상기 각각의 반사 요소는: (a)상기 표면층(140)의 후면 상의 직사각형 기저부(122)와; (b)삼각형 단면을 갖는 반사 요소를 형성하도록 직사각형 기저부의 모서리에 각기 연결된 상호 수직한 2개의 직사각형 면(124,126; 176A,176B; 180A,180B)과; (c)상기 직사각형 면에 수직한 2개의 평행한 삼각형 면(128,129)을 포함하고; 상기 삼각형 면과 직사각형 면은 그 사이에 한 쌍의 큐브 코너(130,132)를 형성하고 상기 직사각형 면의 각 쌍은 상기 기저부와 교차하는 이등분선(178,182)을 지니는 교차각을 형성하고, 상기 이등분선은 상기 기저부와 수직한 선과 각도 베타를 형성하고 상기 반사체는 베타가 0인 수직 이등분선 요소와 베타가 약 0°내지 약 45°미만인 경사진 이등분 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 역반사체.
- 전방측면과 후방측면을 지니는 투명한 표면층(140)과 반사 요소(120,172,174)의 열을 포함하는 역반사체(10,110,170)에 있어서, 상기 각각의 반사 요소는: (a)상기 표면층(140)의 후면 상의 직사각형 기저부(122)와; (b)삼각형 단면을 갖는 반사 요소를 형성하도록 상기 직사각형 기저부의 모서리에 각기 연결된 상호 수직한 2개의 직사각형 면(124,126; 176A,176B; 180A,180B)과; (c)서로에 대하여 평행하고 상기 직사각형 면에 수직한 2개의 삼각형 면(128,129)을 포함하며 상기 삼각형과 직사각형 면이 그 사이에 한 쌍의 큐브 코너(130,132)를 형성하고, 상기 반사 요소는 수직한 두 셋트의 평행한 홈(134,136), 즉 V형 제1홈 셋트(134)와 상기 직사각형 기저부에 수직한 한 쌍의 면을 지니는 제2홈 셋트(136)에 의해 형성되고, 상기 홈 셋트 중 적어도 한 셋트는 동일한 셋트의 다른 홈 측면각으로부터 3°미만으로 차이가 있는 홈 측면각(a,b,g,h,i)을 지니는 하나 이상의 홈을 포함함으로써, 큐브 코너 역반사 요소의 열은 하나의 반사 요소로부터 다른 반사 요소로의 상기 면들 사이의 이면각의 적어도 하나에 작은 편차가 있으며, 이러한 편차는 모든 반사 요소에 필요한 것은 아니고 몇 개에만 존재하고; 상기 직사각형 면의 각 쌍은 상기 기저부와 교차하는 이등분선(178,182)을 가지는 교차각을 형성하며, 상기 이등분선은 상기 기저부와 수직한 선과 각도 베타를 형성하며 상기 반사체는 베타가 0인 수직 이등분선 요소와 베타가 약 0°내지 약 45°미만인 경사진 이등분선 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 역반사체.
- 큐브 코너 역반사체(10,110,170)를 형성하는 공구를 준비하고, 큐브 코너 요소(130,132)의 최소한 몇 개의 측면을 형성하는 2개의 셋트의 다수개의 평행한 홈(134,136)을 공작재에 형성하며, 최소한 한 셋트(134,136) 내의 홈들은 한 홈으로부터 다음 홈으로의 홈 측면각(a,b,g,h,i)에 3°미만의 편차가 있게 형성되며, 상기 편차는 상기 셋트 내의 여러 홈들 중에 존재하는 것을 특징으로 하는 큐브 코너 역반사체를 제조하는 방법.
- 제6항에 있어서, 홈 측면각의 상기 편차가 반복적인 패턴으로 발생하고, 상기 홈 셋트를 가로 지르는 몇 개의 반복되는 홈(134;1361,1362,1363,1364)의 홈 측면각이 직교 큐브 코너 요소를 제공하는 데 요구되는각 보다 큰 각으로 변화되며, 상기홈 셋트를 가로지르는 다른 반복되는 홈 (134;1361,1362,1363,1364)의 홈 측면각은 직교 큐브 코너 요소를 제공하는 데 요구되는 각보다 작은 각으로 변화되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 큐브 코너 역반사체(10,110,170)를 형성하는 공구를 준비하고, 큐브 코너 역반사 요소(130,132)의 열을 이루는 표면이 형성되도록 공작재의 표면을 조형하며, 상기 조형된 표면은 상기 역반사체의 큐브 코너 요소의 최소한 몇 개의 측면을 형성하는 평행한 V형 홈의 최소한 한 셋트를 포함하며, 상기 셋트의 최소한 다수개의 홈 측면각(a,b,g,h,i)은 직교 큐브 코너 요소를 제공하는 데 필요한 각과는 소정 정도 차이가 나는 각도로 변화하는 것을 특징으로 하는 큐브 코너 역반사체를 제조하는 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 조형된 표면이 상기 제1셋트의 홈(134)에 수직한 제2셋트의 홈(136)을 포함하고, 상기 제2셋트의 홈이 상기 홈의 바닥에 수직한 벽을 지니는 직각 채널 단면을 지니며, 상기 제2셋트의 최소한 다수개의 홈 측면각(g,h,i)은 직교 큐브 코너 요소를 제공하는 데 요구되는 각과는 소정 정도 차이가 나는 각도로 변화하는 것을 특징으로 하는 방법.
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