KR100506560B1 - 2개의 광학적 표면이 있는 가변 재귀반사성의 재귀반사구 - Google Patents

2개의 광학적 표면이 있는 가변 재귀반사성의 재귀반사구 Download PDF

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Abstract

재귀반사구는 복수 개의 광재정향 구조를 포함하는 제1면과, 재귀반사 구역 및 분리 구역을 포함하는 제2면을 이용해서 가변 재귀반사성을 제공한다. 상기 제1면의 광재정향 구조는, 이 광재정향 구조에 입사하는 빛의 대부분이 제2면의 재귀반사 구역과 분리 구역에 중첩되도록, 제2면의 재귀반사 구역 및 분리 구역과 관련하여 배치된다. 어떤 각도에서는 거의 모든 빛이 재귀반사 구역 또는 분리 구역에 중첩됨으로써 재귀반사구의 재귀반사성이 변하도록 되는 것이 바람직하다. 또한, 재귀반사구의 2개의 광학적 표면은 입사광의 재귀반사성을 변화시키는데, 이 변화는 예를 들면 재귀반사가 되었다가 안되었다 하는 경우, 다른 색깔들이 재귀반사되는 경우, 다른 밝기 수준에서 재귀반사되는 경우 등이 있다. 다시 말하면, 일정한 광원으로부터 빛이 입사하면 재귀반사구와 광원 사이의 상대적인 운동이 재귀반사성을 변화시킨다. 재귀반사구의 재귀반사성이 변하게 되면, 이 변화에 의해서 재귀반사구가 위치하는 물체나 사람의 가시성이 증가한다.

Description

2개의 광학적 표면이 있는 가변 재귀반사성의 재귀반사구{RETROREFLECTORS HAVING TWO OPTICAL SURFACES AND VARYING RETROREFLECTIVITY}
본 발명은 2개의 광학적 표면을 포함하는 재귀반사구 분야에 관한 것이다.
야간 중의 물체와 사람에 대한 가시성은, 특히 트럭과 자동차와 같은 차량의 운전자에게는 계속 문제가 된다. 물체와 사람에 대한 야간 가시성을 높이는 접근 방법에는 능동적인 것과 수동적인 것이 있다. 능동적인 장치는 일정한 광원, 섬광성 광원 또는 이들의 조합에 의해서 가시성을 제공한다. 비록 능동적인 장치가 가시성을 제공하기는 하지만, 원하는 빛을 제공하기 위해서는 에너지, 특히 전기 에너지가 필요하다. 에너지원이 항상 사용 가능한 것도 아니고, 다 소모되면 광원이 작동하지 않게 된다. 따라서, 능동적인 장치는 장기간 가시성을 제공하기에는 적용 범위가 제한된다.
수동적인 장치의 예로서는 산란 반사구, 경면 반사구 및/또는 재귀반사구가 있다. 재귀반사구는 승용차나 트럭의 전조등과 같은 광원으로부터 입사하는 빛의 상당량을 광원을 향해 복귀시키는데, 재귀반사구가 아니라면 이렇게 복귀되는 빛은 다른 곳으로 반사될 수 있다. 재귀반사구는 통상적으로 비드(bead)로 이루어지거나[예를 들면, 맥그래스(McGrath)에게 허여된 미국 특허 제4,025,159호나, 베일리(Bailey) 등에게 허여된 제4,983,436호나, 컬트(Kult) 등에게 허여된 제5,066,098호를 참조하기 바람], 입방체 모서리 요소(cube corner element)를 포함할 수 있다[예를 들면, 코더르(Coderre)에게 허여된 미국 특허 제5,272,562호나, 스미스(Smith) 등에게 허여된 제5,450,235호를 참조하기 바람]. 많은 재귀반사구의 경우에, 반사되는 빛의 양이 많기 때문에 재귀반사구가 자체의 광원을 갖고 있는 것처럼 보이기도 하지만, 실제로는 재귀반사구로 향하는 빛의 일부가 다시 광원을 향해서 복귀되는 것에 불과한 것이다. 비록 재귀반사구가 상당량의 빛을 되돌려 보내기는 하지만, 입사되는 빛은 전조등과 같은 일정한 광원으로부터 오는 것이 통상적이다. 입사광이 일정하면 재귀반사구로부터 복귀되는 빛도 일정한데, 다시 말하면, 복귀되는 빛의 강도는 그다지 변하지 않는다.
본원의 연구자들은 재귀반사구의 가시성을 향상시키기 위해서 다양한 연구를 진행해왔다. 예를 들면, 슈스타(Shusta) 등의 PCT 공보 WO 97/41465 및 97/41464(미국 특허 출원 08/640,326 및 08/640,383)에는 빛에 노출되면 반짝거리는 재귀반사구에 대해서 기재되어 있다. 형광 염료 또한 가시성을 향상시키기 위해 사용되었는데, 예를 들면 미국 특허 제5,387,458호와 제3,830,682호를 참조하기 바란다. 미국 특허 제4,726,134호에는 가시성을 향상시키기 위해서 재귀반사성이 변하는 구역이 있는 재귀반사성 표지에 대해서 기재되어 있다. 또한, 미국 특허 제 2,951,419호에는 점멸하는 섬광이 관찰자에게 나타나는 디스플레이 장치가 설명되어 있는데, 이 장치는 일체의 볼록 렌즈 형태로 형성된 전면과 후면을 구비한다.
도 1은 본 발명에 따른 재귀반사구의 사시도.
도 1a는 입방체 모서리 요소가 대표적인 입사광을 병진시키는 효과를 보여주는 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 재귀반사구의 변형례의 사시도.
도 3은 도 2의 재귀반사구의 선 3-3을 따라 취한 횡단면도.
도 4는 본 발명에 따른 또 다른 재귀반사구의 횡단면도.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 또 다른 재귀반사구의 횡단면도.
도 5aa 내지 도 5cc는 도 5a 내지 도 5c의 재귀반사구의 다른 조건 하에서의 모습을 보여주는 개략도.
도 6은 본 발명에 따른 또 다른 재귀반사구의 사시도.
도 7은 도 6의 재귀반사구의 측면도.
도 8은 도 6의 축 412를 따라 취한 도 6 및 도 7의 재귀반사구를 보여주는 도면.
도 9는 본 발명에 따른 또 다른 재귀반사구의 사시도.
도 10는 본 발명에 따른 또 다른 재귀반사구의 사시도.
도 11은 본 발명에 따른 또 다른 재귀반사구의 횡단면도.
도 12는 본 발명에 따른 재귀반사구의 광학적 성능을 나타내는 그래프.
도 12a는 본 발명에 따른 재귀반사구의 제1면을 통해서 재정향되는 빛을 보여주는 개략도.
도 13은 본 발명에 따른 또 다른 재귀반사구의 횡단면도.
도 14는 본 발명에 따른 또 다른 재귀반사구의 횡단면도.
도 15는 본 발명에 따른 또 다른 재귀반사구의 횡단면도.
도 16은 제조 중에 있는 도 15의 재귀반사구의 횡단면도.
도 17은 도 15의 재귀반사구의 제1면의 평면도.
도 18은 본 발명에 따른 재귀반사구를 포함하는 피복 제품을 보여주는 도면.
본 발명은 재귀반사구의 가시성을 향상시키기 위한 또 다른 접근 방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 복수 개의 광재정향(光再定向) 구조를 포함하는 제1면과, 재귀반사 구역 및 분리 구역을 포함하는 제2면을 이용하는 재귀반사성이 변하는 재귀반사구가 제공된다. 상기 제1면의 광재정향 구조는, 이 광재정향 구조에 입사하는 빛의 상당량이 제2면의 재귀반사 구역과 분리 구역에 중첩되도록, 제2면의 재귀반사 구역 및 분리 구역과 관련하여 배치된다. 어떤 각도에서는 거의 모든 빛이 재귀반사 구역 또는 분리 구역에 중첩됨으로써 재귀반사구의 재귀반사성이 변하게 되는 것이 바람직하다.
또한, 재귀반사구의 2개의 광학적 표면은 입사광의 재귀반사성을 변화시키는데, 이 변화는 예를 들면 재귀반사가 되었다가 안되었다 하는 경우, 다른 색깔들이 재귀반사되는 경우, 다른 밝기 수준에서 재귀반사되는 경우 등이 있다. 다시 말하면, 일정한 광원으로부터 빛이 입사하면 재귀반사구와 광원 사이의 상대적인 운동이 재귀반사성을 변화시킨다. 재귀반사구의 재귀반사성이 변하게 되면 이 변화에 의해서 재귀반사구의 가시성이 증가한다.
본 발명의 한 가지 양태에 의하면, 복수 개의 광재정향 구조를 포함하는 제1면과, 이 제1면과 마주하는 제2면을 포함하는 재귀반사구가 제공되며, 상기 제2면은 제1면을 향해서 빛을 재귀반사시키는 복수 개의 재귀반사 구역과, 이 재귀반사 구역 사이에 위치하는 복수 개의 분리 구역을 포함한다. 이 때 주어진 각도로 상기 재귀반사구의 제1면 상에 있는 복수 개의 광재정향 구조에 입사하는 빛의 상당량은 상기 재귀반사구의 제2면에 중첩된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 복수 개의 광재정향 구조를 갖는 제1면을 포함하는 재귀반사구가 제공되며, 각 광재정향 구조는 한 쌍의 각면(刻面)을 포함하고, 이들 한 쌍의 각면은 각각의 각면 평면에 위치하는 2개의 각면으로 이루어지며, 이 각면 평면은 교차선을 따라서 교차한다. 각 쌍의 각면의 교차선은 대체로 제1축과 나란하다. 상기 재귀반사구의 제2면은 복수 개의 재귀반사 구역을 포함하고, 각 재귀반사 구역은 상기 제1면을 향해서 빛을 재귀반사시키는 복수 개의 재귀반사 구조를 포함한다. 상기 재귀반사 구역은 상기 제1축과 대체로 나란한 컬럼을 포함한다. 그리고 상기 제2면에는 복수 개의 분리 구역이 형성되어 있고, 각 분리 구역은 상기 재귀반사 구역 사이에 위치한다. 주어진 각도로 상기 재귀반사구의 제1면 상의 각 쌍의 각면에 입사하는 빛의 적어도 일부는 상기 재귀반사구의 제2면에 중첩된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 제1면과, 이 제1면과 마주하는 제2면을 갖는 본체를 포함하는 재귀반사구가 제공된다. 상기 본체의 제2면에는 복수 개의 재귀반사 구역이 형성되고, 이 재귀반사 구역에는 복수 개의 재귀반사 구조가 형성되며, 상기 재귀반사 구역은 제1축과 대체로 나란한 컬럼으로 이루어진다. 상기 본체의 제2면에는 복수 개의 분리 구역이 형성되고, 각 분리 구역은 상기 재귀반사 구역 사이에 위치한다. 상기 제1면 및 제2면 사이에는 광학적 창(optical window)이 위치하고, 이 광학적 창은 상기 본체 내로 빛을 투과시킨다. 그리고 상기 본체의 제1면에는 복수 개의 광정향 구조가 위치하고, 주어진 각도로 상기 광학적 창으로부터 상기 복수 개의 광재정향 구조에 입사하는 빛의 상당량은 상기 재귀반사구의 제2면에 중첩된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면 재귀반사구의 제조 방법이 제공되는데, 이 제조 방법은,
복수 개의 광재정향 구조를 포함하는 제1면과, 이 제1면과 마주하는 제2면을 제공하고, 이 제2면을 상기 제1면으로부터 광학적으로 투과성인 매체에 의해 분리시키는 공정과;
상기 제2면에 광경화성 바인더 용액(light curable binder solution)을 도포하는 공정과;
상기 제2면과 인접하게 복수 개의 재귀반사성 비드를 형성하고, 각 재귀반사성 비드의 적어도 일부를 상기 광경화성 바인더 용액에 침지시키는 공정과;
상기 제1면을 통해서 빛을 지향시켜서 상기 제2면에서 광경화성 바인더 용액이 도포된 구역 중 선택된 구역을 경화시킴으로써 상기 제2면에 재귀반사 구역을 형성하는 공정으로서, 이 때 선택된 구역의 광경화성 바인더 용액을 충분히 경화시켜서 상기 재귀반사성 비드의 상당 부분이 유지되도록 하고;
상기 제2면에서 경화되지 않은 광경화성 바인더 용액으로부터 상기 재귀반사성 비드를 제거함으로써 상기 재귀반사 구역 사이에 분리 구역을 형성하는 공정
을 포함한다. 이 제조 방법에 있어서 주어진 각도로 상기 재귀반사구의 제1면 상의 복수 개의 광재정향 구조에 입사하는 빛의 상당량이 상기 재귀반사구의 제2면에 중첩된다.
본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 본 발명의 재귀반사구를 포함하는 피복 제품이 제공된다.
본 발명에 따른 재귀반사구와 방법의 전술한 양태와 다른 특징들 및 잇점들을 이하에서 실시예를 통해서 보다 상세히 설명하겠다.
본 발명에 따른 재귀반사구가 본 명세서에 설명된 효과를 발휘할 수 있는 것은, 상기 재귀반사구가 광재정향 구조를 갖는 제1면을 포함하고, 상기 광재정향 구조는 제1면의 제1 구역에 제1 각도로 입사하는 빛의 거의 대부분을 제2면의 제2 구역에 중첩시키기 때문이며, 이 때 상기 제2 구역은 제1 구역보다 작다. 다시 말하면, 광재정향 구조는 제1 구역에 제1 각도로 입사하는 빛을 제2면의 보다 작은 제2 구역에 중첩시키는 것이다. 상기 제2면은, 예를 들면 재귀반사 및 흡수와 같은 적어도 2개의 다른 광학적 효과를 제공하는 구역을 포함하기 때문에, 빛이 [집속(集束)되지 않고] 중첩됨에 따라 재귀반사구가 입사광의 접근 각도에 기초해서 상이한 광학적 효과를 제공하게 된다.
본 발명에 따른 재귀반사구의 제1면에 어떤 불연속적인 각도로 접근하는 모든 빛에 있어서, 거의 모든 빛이 재귀반사 구역이나 분리 구역에 중첩됨으로써 본 재귀반사구로부터 재귀반사성의 강도나 밝기에 있어서 최대의 변화를 얻을 수 있는 것이 바람직하다. 이를 위해서는, 전면(前面)의 광재정향 구조에 의해 빛이 중첩되는 제2 구역은 재귀반사 구역 또는 분리 구역보다 넓지 않은 것이 바람직하다. 그러나, 이러한 제한은 본 발명에 따른 모든 재귀반사구의 경우에 요구되지는 않는다는 것을 이해해야 한다.
본 발명에 따른 재귀반사구의 재귀반사성이 조절되거나 변화하는 속성은 몇 가지 다른 형태를 취할 수 있다. 한 형태에 의하면, 상기 변화는 재귀반사되거나 재귀반사되지 않는 형태, 즉 온/오프 재귀반사성을 갖거나, 2 이상의 다른 색깔 사이에서 변하는 재귀반사성의 형태를 취한다. 다른 형태에 의하면, 상기 변화는 재귀반사되는 빛의 밝기나 강도의 변화로 나타날 수 있다. 또 다른 형태의 변화에 의하면 재귀반사구는 어떤 조건 하에서는, 예를 들면 온/오프 재귀반사성과 상이한 색깔의 재귀반사성과 같은 2 이상의 다른 형태의 섬광성 재귀반사성을 나타낼 수 있다. 또 다른 형태의 변화에 의하면, 재귀반사구의 겉보기 운동이 입사광을 재귀반사시키는 재귀반사구의 연속적인 부분으로 나타날 수도 있고, 또는 재귀반사구는 입사 각도와 관찰 각도가 다른 재귀반사 부분을 포함할 수도 있다.
본 발명에 따른 재귀반사구의 원리를 예시하기 위한 도면들 사이의 축척은 일치하지 않으며, 재귀반사구의 제1면과 제2면 사이의 거리에 관해서는 특히 그러하다. 본 발명에 따른 재귀반사구의 제1면과 제2면 사이의 거리는, 제1면과 제2면 상의 구조의 치수보다 큰 것이 통상적이다.
비록 본 발명에 따른 재귀반사구에 의해 재귀반사되는 거의 모든 빛이 재귀반사 과정에서 약간 변위 또는 병진되지만(예를 들면, 후술하는 도 1a에 관련된 설명을 참조하기 바람), 이러한 변위는 본 발명의 재귀반사구와, 이 재귀반사구가 빛에 미치는 영향을 설명할 때에는 편의상 무시하는 것이 일반적이다.
또한, 본 발명에 따른 재귀반사구가 제1면과 제2면을 포함하는 것으로 설명하겠지만, 상기 제1면과 제2면은 하나 이상의 물체의 본체 내에 매입될 수 있다는 것을, 다시 말하면 상기 제1면과 제2면이 본 발명의 재귀반사구를 제공하기 위해 사용된 하나 이상의 물체의 외부에 노출되지 않을 수 있다는 것을 이해해야 한다. 그리고, 상기 제1면과 제2면은 단일한 통합체로 제공될 수도 있고, 2 이상의 본체를 사용해서 제공될 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 재귀반사구는 제1면에 수직인 축에 대해서 비교적 작은 각도를 이루면서 제1면에 접근하는 빛의 경우에 더 잘 동작하는 경향이 있다. 상기 수직축과 큰 각도를 이루면서 접근하는 빛은 제1면에서 크게 반사되고, 따라서 제1면을 통해서 투과하는 빛의 양이 줄어들게 된다. 그리고, 큰 각도로 접근하는 빛이 제1면을 통해서 투과하더라도, 재귀반사 구역에 사용된 재귀반사 구조 또는 요소의 작동 범위를 벗어난 각도로 제2면의 재귀반사 구역에 접근하게 되기 때문에, 재귀반사가 제한되거나 전혀 일어나지 않게 된다.
후술하는 바와 같이, 비록 재귀반사구에서 제1면의 광재정향 구조와, 제2면의 재귀반사 구역 및 분리 구역은 대체로 일정한 형상과 반복되는 패턴으로 이루어져 있지만, 이에 대신해서 불규칙한 형상과 반복되지 않는 패턴으로 이루어 질 수도 있다는 것을 이해해야 한다. 제1면의 광재정향 구조 및/또는 제2면의 재귀반사 구역과 분리 구역이 불규칙한 형상 및/또는 비반복적인 패턴으로 이루어져 있는 재귀반사구의 경우도 또한 재귀반사성을 조절할 수 있는 것이 바람직하다. 어떤 경우에는, 재귀반사가 불꽃이 튀는 것처럼 보일 수도 있는데, 이 때에는 재귀반사구의 상이한 부분들이, 빛의 접근 각도에 기초해서 상이한 시간과 상이한 강도에서 빛을 재귀반사시킨다.
본 발명에 따른 2개의 서로 마주하는 광학적 표면을 포함하는 재귀반사구는 변하는 재귀반사성을 제공하는데, 상기 광학적 표면 중 하나는 광재정향 구조를 포함하고, 다른 하나는 재귀반사 구역과 분리 구역을 포함한다.
도 1에는 제1면(20)과, 이 제1면(20)과 마주해서 위치하는 제2면(30)을 포함하는 재귀반사구(10)가 도시되어 있다. 이 재귀반사구(10)의 제1면(20)에 광원(42)으로부터 빛(40)이 입사한다.
제2면(30)은 복수 개의 재귀반사 구역(32)를 포함하고, 이 재귀반사 구역(32)는 제1면(20)으로부터 그 재귀반사 구역(32)에 입사하는 빛을 다시 제1면으로 재귀반사시킨다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 재귀반사 구역(32)은 컬럼 형상이고 축(12)과 대체로 나란한 것이 바람직하다. 그러나, 다른 형상의 재귀반사 구역도 본 발명과 관련하여 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 재귀반사구(10)의 서로 인접한 한 쌍의 재귀반사 구역(32) 사이에는 분리 구역(34)이 위치한다. 이 분리 구역(34)은 재귀반사 구역(32)과 마찬가지로 컬럼 형상이고 축(12)과 대체로 나란한 것이 바람직하나, 다른 형상의 분리 구역도 본 발명과 관련하여 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
본 발명의 재귀반사구의 여러 요소들, 예를 들면 광재정향 구조, 재귀반사 구역, 분리 구역 등의 폭은, 컬럼 형상인 것이 바람직한 요소들이 나란하게 배치되는 축과 대체로 수직인 방향으로 측정된다.
분리 구역(34)은 다양한 광학적 효과를 제공할 수 있다. 예를 들면, 입사광을 투과시킬 수도 있고, 입사광을 흡수할 수도 있고, 경면 반사시킬 수도 있고, 산란 반사시키거나 재귀반사시킬 수도 있다. 또한, 분리 구역(34)은 2 이상의 상이한 광학적 성질을 나타낼 수도 있는데, 예를 들면 일부는 흡수하고 일부는 투과시킬 수도 있으며, 다른 조합도 가능하다.
분리 구역(34)의 적어도 일부가 재귀반사성인 경우에는, 재귀반사 구역(32)이 나타내는 재귀반사와는 어떤 면에서 상이한 재귀반사성을 갖는 것이 바람직하다. 재귀반사성의 차이의 일례로서, 재귀반사 구역(32)으로부터 재귀반사된 빛에 비해서 분리 구역(34)으로부터 재귀반사된 빛의 밝기나 강도에 변화가 있는 경우를 들 수 있다. 재귀반사성의 차이의 또 다른 예로서, 재귀반사 구역(32)으로부터 재귀반사된 빛에 비해서 분리 구역(34)으로부터 재귀반사된 빛의 색깔에 변화가 있는 경우가 있다. 재귀반사성의 차이의 또 다른 예에 있어서, 분리 구역(34)에 비해서 재귀반사 구역(32)의 재귀반사 구조의 도입 각도 및 관찰 각도에 변화가 있을 수 있다.
재귀반사구(10)의 제1면(20)에는, 주어진 접근 각도로 제1면(20)을 통과하는 빛의 대부분(보다 바람직하게는 실질적으로 전부)이 제2면(30)으로 제2의 각도로 재정향되도록, 재귀반사구(10)에 입사하는 빛을 재정향시키는 광재정향 구조(도 1에는 도시하지 않았음)가 마련되는 것이 바람직하다. 빛이 입사하는 각도와 재정향되는 각도는 모두 제1면(20)에 의해 정의되는 수직축에 대해 측정되는 것이 바람직하다. 상기 제1 각도와 제2 각도는 상이한 것이 통상적이나, 몇 가지 드문 경우에는 동일할 수도 있다(예를 들면, 평면인 굴절면에 수직으로 입사하는 빛은 방향이 변하지 않고 통과함).
광재정향 구조는 반사, 굴절, 산란 또는 이들의 2 이상의 조합에 의해서 빛을 재정향시킬 수 있다. 적절한 광재정향 구조의 예에 포함되지만, 그에 제한되지는 않는 예로서는, 굴절 프리즘면, 프레넬 프리즘, 산란 격자, 홀로그램 등이 있다. 광재정향 구조는, 예들 들면 볼록 렌즈와 같은 곡면, 볼록 거울 또는 오목 거울, 프레넬 렌즈 등이 갖는 집속(集束) 능력이 실질적으로 없는 것이 바람직하다. 실질적으로 집속 능력이 없는 적절한 광재정향 구조의 예로서는, 실질적으로 평면인 굴절 프리즘면, 실질적으로 평행한 부각면(副刻面)을 갖는 프레넬 프리즘, 일정한 피치를 갖는 산란 격자 등이 있다. 그러므로, 본 발명과 관련하여 사용되는 "광재정향 구조"라는 용어는 실질적으로 집속 능력이 없는 구조만을 포함한다는 것을 이해할 수 있다.
이와 같이 실질적으로 집속 능력이 없는 것이 중요한 이유는, 제2면(30)으로 재정향되는 빛의 경로에 비해서, 재귀반사되는 빛이 병진되기 때문이다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 입방체 모서리 요소(32')에 입사하는 빛(40')은 재귀반사 과정의 일부로서 입방체 모서리 요소(32')를 가로질러서 병진된다. 결과적으로, 복귀된 빛(42')은 입방체 모서리 요소(32')에 접근하는 빛(40')의 경로로부터 약간 병진 또는 변위된 경로를 따라서 이동하게 된다. 그러므로, 재귀반사된 빛(42')은 재귀반사구의 제1면 상의 다른 곳으로 복귀한다. 이 제1면 상의 광재정향 구조가 실질적으로 평행한 각면이 아닌 경우에는, 재귀반사구의 제1면에 입사하는 빛에 평행하지 않은 경로를 따라서 빛이 재정향된다.
도 2 및 도 3에는 제1면(120)과 제2면(130)을 포함하는 재귀반사구(110)가 도시되어 있는데, 상기 제1면(120)은 전체적으로 각면(刻面)(122)이라 부르는 한 쌍의 각면(122a 및 122b)의 형태를 취하는 광재정향 구조를 포함한다. 상기 각면(122)은 대체로 평면이고 선(126)을 따라서 교차하는 평면에 각각 위치한다. 각 쌍의 각면(122)은 인접한 각면(122) 쌍과 선(128)을 따라서 교차한다. 그리고, 각면(122)이 위치하는 평면은 축(122)과 평행한 것이 바람직하고, 따라서 교차선(126 및 128)도 또한 축(112)과 평행한 것이 바람직하다. 이의 대안으로서, 교차선(126 및 128)이 약간 휘어진 형상일 수도 있다.
제2면(130)은 재귀반사 구역(132)과 분리 구역(134)을 포함한다. 재귀반사 구역(132)은 축(112)과 대체로 나란한 컬럼으로 형성된 복수 개의 재귀반사 구조(136)를 포함하는 것이 바람직하다. 도 2 및 도 3에 도시된 바람직한 재귀반사 구조(136)는 입방체 모서리 요소이지만, 재귀반사 구역(132)은 재귀반사성 비드 또는 구체, 원뿔형 재귀반사 요소 및 기타 빛을 재귀반사시키는 능력이 있는 요소들을 본질적으로 포함할 수 있다.
재귀반사구(110)의 분리 구역(134)은 투과성이거나 흡수성인 것이 바람직한데, 그럼으로써 제1면(120)으로부터 분리 구역(134)에 입사하는 빛이 재귀반사구(110)를 탈출하거나 재귀반사구(110) 내로 흡수된다. 분리 구역(134)이 투과성이거나 흡수성인 경우에는, 광원과 재귀반사구 사이에 상대적인 움직임이 있을 때, 제1면(120)에 입사하는 빛에 대해서 각면(122)이 입사광을 재귀반사 구역(132)으로 굴절시키는 때에만 제1면(120)을 보고 있는 관찰자(도시하지 않았음)에게 재귀반사구(110)의 섬광성 재귀반사가 보이게 된다.
전술한(그리로 후술할) 재귀반사구는 주로 대칭적인 광재정향 굴절 각면, 예를 들면 수직축과 각면의 길이 방향에 대해서 대칭인 경우를 포함하지만, 비대칭적인 각면도 본 발명과 관련하여 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 비대칭적인 광재정향 각면은 통상적으로 재귀반사구의 제2면의 재귀반사 구역 또는 분리 구역으로 정향되는 입사광의 각도를 변화시킨다.
도 4에는 본 발명에 따른 재귀반사구의 제1면 상의 광재정향 구조의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 도 4에 도시된 재귀반사구(210)는 제1면(220)과 제2면(230)을 포함한다. 제1면(220)은 한 쌍의 굴절 각면(222a 및 222b)(전체적으로 222로 지시함)의 형태를 취하는 복수 개의 광정향 구조를 구비하는 것이 바람직하다. 재귀반사구(210)의 제2면(230)은 재귀반사 구역(232)과 분리 구역(234)을 포함한다.
상기 각면들의 굴절 속성이 도 4에 다양한 광선 경로로 도시되어 있다. 광선(240a)은 각면(222) 중 하나를 통해서 재귀반사구(210)에 입사해서 재귀반사 구역(232) 가운데 하나로 굴절된다. 재귀반사 구역(232)으로부터 광선(240a)은 재귀반사구(210)에 입사할 때 통과한 각면(222)으로 재귀반사되고, 이어서 재귀반사구(210)에 입사할 때 거친 경로와 대체로 평행한 경로를 따라서 재귀반사구(210)를 탈출한다.
광선(250a)는 각면(222) 중 하나를 통해서 재귀반사구(210)에 입사해서 재귀반사 구역(232) 가운데 하나로 굴절된다. 다음으로 광선(250a)은 재귀반사구(210)에 입사할 때 통과한 각면(222)으로 재귀반사되고, 이어서 재귀반사구(210)에 입사할 때 거친 경로와 대체로 평행한 경로를 따라서 재귀반사구(210)를 탈출한다.
광선(260a)은 각면(222) 중 하나를 통해서 재귀반사구(210)에 입사해서 재귀반사 구역(232) 가운데 하나로 굴절된다. 다음으로 광선(260a)은 재귀반사구(210)에 입사할 때 통과한 각면(222)으로 재귀반사되고, 이어서 재귀반사구(210)에 입사할 때 거친 경로와 대체로 평행한 경로를 따라서 재귀반사구(210)를 탈출한다.
광선(270a)은 각면(222) 중 하나를 통해서 재귀반사구(210)에 입사해서 재귀반사 구역(232) 가운데 하나로 굴절된다. 다음으로 광선(270a)은 재귀반사구(210)에 입사할 때 통과한 각면(222)으로 재귀반사되고, 이어서 재귀반사구(210)에 입사할 때 거친 경로와 대체로 평행한 경로를 따라서 재귀반사구(210)를 탈출한다.
모든 상기 광선(240a, 250a, 260a, 270a)은 서로 평행하고 재귀반사구(210)에 그 수직축을 따라서 입사한다. 각면(222a 및 222b)에 입사하는 광선들(240a, 250a, 260a, 270a)의 경로에 대한 설명 및 예시를 기초로 하면, 재귀반사구(210)의 수직축을 따라서 제1면(220)의 다른 각면에 입사하는 빛은, 각면에 의해 굴절되어 제2면(230)의 재귀반사 구역(232) 가운데 하나로 향하게 된다는 것을 이해할 수 있다. 결과적으로, 수직축을 따라서 재귀반사구(210)의 제1면(220)의 굴절 구조에 입사하는 빛의 대부분은 재귀반사 구역(232)으로 굴절된다. 그리고, 수직축을 따라서 재귀반사구(210)의 제1면(220)의 굴절 구조에 입사하는 빛의 실질적으로 전부가 재귀반사 구역(232)으로 굴절되는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 도 4에는 각면(222)을 통과하는 빛의 실질적인 전부가 재귀반사구(210)의 분리 구역(234) 가운데 하나로 굴절되거나 그 위에 중첩되는 접근 각도 α가 도시되어 있다. 광선(240b)은 각면(222) 가운데 하나를 통해서 재귀반사구(210)에 입사하고 분리 구역(234) 가운데 하나를 향해서 굴절된다. 광선(250b)은 각면(222) 가운데 하나를 통해서 재귀반사구(210)에 입사하고 분리 구역(234) 가운데 하나를 향해서 굴절된다. 광선(260b)은 각면(222) 가운데 하나를 통해서 재귀반사구(210)에 입사하고 분리 구역(234) 가운데 하나를 향해서 굴절된다. 광선(270b)은 각면(222) 가운데 하나를 통해서 재귀반사구(210)에 입사하고 분리 구역(234) 가운데 하나를 향해서 굴절된다.
바람직한 재귀반사구(210)에 있어서는, 각도 α로 재귀반사구(210)의 제1면(220)의 굴절 구조에 입사하는 빛의 대부분이 분리 구역(234) 가운데 하나로 굴절되거나 그 위에 중첩된다. 그리고, 각도 α로 재귀반사구(210)의 제1면(220)의 굴절 구조에 입사하는 빛의 실질적인 전부가 분리 구역(234) 가운데 하나로 굴절되거나 그 위에 중첩되는 것이 더욱 바람직하다.
광선(240b, 250b, 260b, 270b)은 서로 평행하고, 수직축(280)에 대해서 각도 α로 재귀반사구(210)의 제1면(220)에 접근한다. 전술한 광선(240a, 250a, 260a, 270a)과는 달리, 광선(240b, 250b, 260b, 270b)은 분리 구역(234)으로부터 재귀반사되지 않는다. 분리 구역(234)에서 각 광선(240b, 250b, 260b, 270b)은 재귀반사구(210)로부터 투과되어 나오거나, 재귀반사구(210) 내로 흡수되는 것이 통상적이다. 결과적으로, 각도 α로 재귀반사구(210)의 제1면(220)을 보고 있는 관찰자는 반사된 빛을 볼 수 없게 된다.
도 4에 의하면, 재귀반사구(210)의 수직축(290)에 대해서, 예를 들면 각도 β로 재귀반사구(210)에 입사하는 빛도 또한 재귀반사된다는 것을 알 수 있다. 광선(240c, 250c, 260c, 270c)은 서로 평행하고, 수직축(290)에 대해서 각도 β로 재귀반사구(210)의 제1면(220)에 접근한다. 바람직한 재귀반사구(210)에 있어서는, 각도 β로 재귀반사구(210)의 제1면(220)의 굴절 구조에 입사하는 빛의 대부분이 재귀반사 구역(232) 가운데 하나로 굴절되거나 그 위에 중첩된다. 그리고, 각도 β로 재귀반사구(210)의 제1면(220)의 굴절 구조에 입사하는 빛의 실질적인 전부가 재귀반사 구역(232) 가운데 하나로 굴절되거나 그 위에 중첩되는 것이 더욱 바람직하다. 전술한 재귀반사된 광선(240a, 250a, 260a, 270a)처럼, 광선(240c, 250c, 260c, 270c)도 재귀반사 구역(232) 가운데 하나로부터 재귀반사된다.
재귀반사구(210)에 입사하는 2개조의 광선, 즉 광선(240a, 250a, 260a, 270a)과 광선(240c, 250c, 260c, 270c)의 재귀반사의 차이점은, 광선(240c, 250c, 260c, 270c)의 경우에는, 각도 β로 재귀반사구(210)에 입사할 때 통과하는 각면(222)으로부터 재귀반사구(210)의 수직축(290)에 대해서 떨어져 있는 재귀반사 구역(232)으로부터 재귀반사되지만, 광선(240a, 250a, 260a, 270a)의 경우에는, 수직축(280)을 따라서 재귀반사구(210)에 입사할 때 통과하는 각면(222)과 바로 마주하는 재귀반사 구역(232)으로부터 재귀반사된다는 것이다.
본 발명의 설명의 목적상, 광선(240a, 250a, 260a, 270a)은 재귀반사구(210)에 입사할 때 통과한 각면(222)과 직접 마주하는 재귀반사 구역(232)으로부터 재귀반사된 광선임을 의미하는 "0차"의 재귀반사된 광선으로 부르겠다. 마찬가지로 광선(240c, 250c, 260c, 270c)은 재귀반사구(210)에 입사할 때 통과한 각면(222)과 직접 마주하는 재귀반사 구역(232)에서 하나 떨어져 있는 재귀반사 구역(232)으로부터 재귀반사된 광선임을 의미하는 "1차"의 재귀반사된 광선으로 부르겠다. 만약 각도 β의 절대값이 더 크거나 제1면(220)과 제2면(230)사이의 거리가 더 멀어진다면, 광선(240c, 250c, 260c, 270c)은 재귀반사구(210)에 입사할 때 통과한 각면(222)과 바로 마주하는 재귀반사 구역(232)에서 둘 떨어져 있는 재귀반사 구역(232)에 도달하도록 굴절될 것이라는 것을 알 수 있다. 이러한 재귀반사된 광선은 본명세서에서 "2차"의 재귀반사된 광선으로 부르겠다. 이 개념은 물론 3차, 4차, 5차, 6차 및 그 이상 차수의 재귀반사에 대해서도 확장될 수 있다. 그러나 높은 차수의 재귀반사는 재귀반사 구역(232)의 재귀반사 구조의 재귀반사 능력에 의해 제한을 받게 된다.
그리고, 도 4에 도시된 3조의 광선은 본 발명에 따른 재귀반사구의 적어도 일부로부터의 재귀반사가 반짝거리는 속성을 보여준다. 빛이 (수직축에 대해서) 일정 범위의 각도 내에서 움직이면서 재귀반사구에 입사하면, 도 4에서 여러 조의 광선들로 도시된 바와 같이, 어떤 각도에서는 빛이 재귀반사 구역(232)이나 분리 구역(234)으로만 굴절되거나 그 위에 중첩되는 것이 바람직하다.
분리 구역(234)이 투과성이거나 흡수성이면 재귀반사구(210)는 온/오프의 섬광성 재귀반사성을 갖는다. 이에 대신하여 분리 구역(234)이 밝기와 색깔 등이 다른 재귀반사성을 갖는 경우에는 재귀반사구(210)는 다른 형태의 재귀반사성을 갖게 된다.
또한 도 4의 재귀반사구(210)의 구조들, 즉 제1면(220)의 각면(222)과 제2면(230)의 재귀반사 구역(232)과 분리 구역(234) 사이에는 또 다른 관계가 존재하는데, 다시 말하면 재귀반사구(210)의 2개면의 구조들 사이의 피치가 동일하다. 이 피치는 2개면(220 및 230) 각각에 위치하는 상이한 구조들의 폭으로 나타낸다. 각 쌍의 각면(222a 및 222b)은 제1면(220) 상에서 폭 w1을 갖는 굴절성 광재정향 구조를 나타내는데, 상기 폭 w1은 정면(220) 상의 광재정향 구조의 피치를 정의한다. 제2면(230)의 피치는 재귀반사 구역(232) 중 하나의 폭과, 분리 구역(234) 중 하나의 폭을 포함하는 폭 w2로 정의된다. 제1면(220)의 피치와 제2면(230)의 피치가 동일한 경우에는, 재귀반사구(210)는 빛이 일정 범위의 각도로 제1면(220)에 걸쳐 입사하게 되면 온/오프 재귀반사성 섬광을 나타내는 것이 통상적이다. 왜냐하면, 입사광의 실질적인 전부가 제2면(230)의 재귀반사 구역(232) 또는 분리 구역(234)으로 굴절되거나 그 위에 중첩되기 때문이다[본 실시예에서는 분리 구역(234)이 투과성이기 때문에].
재귀반사구(210)의 또 다른 변형례에 의하면, 제1면(220)과 제2면(230) 상의 구조들의 공간적 관계를 변화시킴으로써 재귀반사구(210)가 빛을 재귀반사시키는 각도가 변하게 된다. 도 4에 도시된 실시예에 있어서, 재귀반사 구역(232)의 중심은 각 쌍의 각면(222)의 교차선(226)과 나란한데, 다시 말하면 각 재귀반사 구역(232)의 중심과 교차선(226)은 재귀반사구(210)의 동일한 수직축과 교차하게 된다. 제1면(220)과 제2면(230) 사이의 피치는 동일하게 유지하더라도, 제2면(230)의 구조의 패턴을 위나 아래로 이동시킬 수 있고, 이러한 변화에 의해서 빛이 재귀반사 구조(210)를 통해서 재귀반사되거나 투과되는 각도가 변화될 수 있다.
도 4는 전술한 바와 같이 본 발명에 따른 재귀반사구에서의 빛의 중첩을 예시하는 데에 유용하다. 광선속(光線束)(240a-250a 및 260a-270a)은 굴절 각면(222)에 의해서 재귀반사구(210)의 제2면(230)의 재귀반사 구역(230) 중 하나에 중첩된다. 또한 이와 유사한 방식으로 굴절 각면은 광선속(240b-250b 및 260b-270b)으로 대표되는 빛을 재귀반사구(210)의 제2면(230)의 분리 구역(234) 중 하나에 중첩시킨다. 최종적으로, 광선속(240c-250c 및 260c-270c)이 또한 재귀반사구(210)의 제2면(230)의 재귀반사 구역(232) 중 하나에 중첩된다. 굴절 각면에 의한 중첩의 결과로서, 중첩된 광선속이 차지하는 횡단면이 대체로 감소된다. 예를 들면, 광선속(240a-250a 및 260a-270a)은 (도 4에 도시된 바와 같이) 제1면(220)에서 더 넓은 구역을 차지하며, 서로 중첩되면 제2면(230), 즉 [광선속(240a-250a 및 260a-270a)이 재귀반사구(210)에 입사할 때 통과하는 굴절 각면보다 더 좁은] 재귀반사 구역(232) 중 하나에서 더 좁은 구역을 차지하게 된다.
도 5a 내지 도 5c 및 도 5aa 내지 도 5cc에는 재귀반사구(310)에 있어서 제1면(320)과 제2면(330) 사이의 피치가 다르기 때문에, 즉 w1'과 w2'이 동일하지 않기 때문에 (도 5a 참조) 생기는 효과에 대해 도시되어 있다. 도 5a 및 도 5aa에는 빛이 수직으로 입사하는 경우의 효과가, 도 5b 및 도 5bb와 도 5c 및 도 5cc에는 각각 수직축으로부터 ε과 Φ의 각도로 빛이 입사하는 경우의 효과가 도시되어 있다.
도시된 재귀반사구(310)에 있어서, 제1면(320)은 6개의 각면 쌍(324a-324f)을 형성하는 각면(322)의 형태를 취하는 광재정향 구조를 포함하는데 반해, 제2면(330)은 분리 구역(334a-334e)(설명 목적상, 그 위에 입사하는 실질적인 모든 빛을 흡수하는 것으로 가정함) 사이에 번갈아 위치하는 5개의 재귀반사 구역(332a-332e)만을 포함한다. 도시된 재귀반사구(310)의 최상부와 최하부의 재귀반사 구역(332a와 332e)은 각각 각면 쌍(324a와 324f)과 수직축을 따라서 나란히 위치하고, 반면에 중간의 재귀반사 구역(332b-332d)는 제1면(320)의 중간 각면 쌍(324b-324e)과 나란하지 않게 위치한다.
제1면(320)의 광재정향 구조의 피치는 각면 쌍(324)에 의해 정의되고, 도 5a에서는 w1'으로 나타내었다. 제2면의 피치는 재귀반사 구역(332) 중 하나의 폭과 분리 구역(334) 중 하나의 폭으로 정의되며, 도 5a에서는 w2'으로 나타내었다. 도 5a 내지 도 5c에 도시된 경우보다 일치하지 않는 피치의 비율 w1':w2'이 1에 가까운 재귀반사구의 경우에는, 제1면의 각면 쌍(324)의 갯수와, 이 각면 쌍(324)이 수직축(314)을 따라서 제2면(330)의 재귀반사 구역(332)과 나란하게 위치하는 부분의 양측에 위치하는 재귀반사 구역(332)과 분리 구역(334)의 쌍의 갯수가 커지게 된다. 편의상, 도 5a 내지 도 5c에는 6:5의 피치 불일치 비율만이 도시되어 있는데, 이로써 제1면(320)과 제2면(330) 사이의 피치 불일치 비율이 더욱 작은 경우, 즉 이 비율이 1에 접근하는 경우(예를 들면, 각면 쌍과 인접하는 재귀반사 구역과 분리 구역의 쌍의 비율이 1001:1000인 경우)와, 제1면의 각면 쌍의 개수가 인접한 재귀반사 구역과 분리 구역의 쌍의 개수보다 작은 경우에도 적용되는 원칙이 설명될 수 있다. 그러나, 후술할 효과는 본 발명의 원칙에 따라 제조된 큰 면적의 미세구조 재귀반사구의 경우에도 또한 적용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 5a에 도시된 바와 같은 수직 입사광의 경우에는, 최상부 각면 쌍(324a)에 입사하는 빛의 실질적인 전부가 재귀반사 구역(332a)으로 굴절되고, 최하부 각면 쌍(324f)에 입사하는 빛의 실질적인 전부가 최하위의 재귀반사 구역(332f)으로 굴절된다. 결과적으로, 2개의 각면 쌍(324a 및 324f)에 입사하는 실질적인 모든 수직 입사광이 재귀반사된다. 각면 쌍(324b 및 324e)에 입사하는 수직 입사광의 일부만이 (각각) 재귀반사 구역(332b 및 332d)으로 굴절되고, 적어도 부분적으로 도 1a와 관련하여 전술한 병진 효과에 의해서 상기 빛의 일부만이 동일한 각면으로 재귀반사된다. 결과적으로, 각면 쌍(324b 및 324e)에 입사하는 빛의 일부만이 재귀반사된다. 중앙의 2개의 각면 쌍(324c 및 324d)에 수직으로 입사하는 빛 가운데 재귀반사 구역(332)으로 굴절되는 부분은 실질적으로 없게 된다. 결과적으로, 2개의 각면 쌍(324c 및 324d)에 수직으로 입사하는 빛 가운데 재귀반사되는 부분은 실질적으로 없게 된다.
도 5aa 내지 도 5cc는 본 명세서에 설명된 상이한 상황의 재귀반사구(310)의 제1면(320)을 바라보는 관찰자에게 피치의 불일치가 야기하는 효과를 도식적으로 예시하기 위해서 제공되었다. 입사광의 거의 전부를 재귀반사시키는 각면 쌍(324)과 대응하는 도 5aa 내지 도 5cc 중의 각면 쌍(324)은 흰색으로(즉, 그늘지지 않게) 도시되었다. 입사광의 일부를 재귀반사시키는 (즉, 중간 밝기의) 각면 쌍(324)과 대응하는 도 5aa 내지 도 5cc 중의 부분은 그물 음영으로 도시되었다. 입사광을 거의 재귀반사시키지 않는 각면 쌍(324)과 대응하는 도 5aa 내지 도 5cc 중의 부분은 진한 검정색으로 도시되었다.
도 5aa에 가장 잘 도시되어 있듯이, 빛이 수직으로 입사하는 경우에 수직축(314)을 따라서 재귀반사구(310)의 제1면(320)을 바라보고 있는 관찰자에 대한 시각적 효과는, 각면 쌍(324a 및 324f)의 위치에 상응하는 재귀반사구(310)의 최상부와 최하부에 위치하는 2개의 밝은 띠로서 나타난다. 재귀반사구(310)의 중심을 향해 이동하면, 상기 재귀반사된 빛의 밝은 띠의 양옆에 중간 밝기의 2개의 띠가 나타나고, 이들 덜 밝은 구역은 각면 쌍(324b 및 324e)에 상응한다. [각면 쌍(324c 및 324d)에 대응하는] 재귀반사구(310)의 중앙부에서는 관찰자가 복귀된 빛을 볼 수 없게, 즉 어둡게 나타나게 된다.
도 5b에는 재귀반사구(310)가 그 수직축과 ε의 각도를 이루면서 제1면(320)에 입사하는 빛에 미치는 효과가 도시되어 있다. 각면 쌍(324a, 324d, 324f)에 입사하는 빛의 일부만이 (각각) 재귀반사 구역(332a, 332c, 332e)으로 굴절된다. 결과적으로, 각면 쌍(324a, 324d, 324f)에 각도 ε로 입사하는 빛의 일부만이 재귀반사된다. 각면 쌍(324b, 324c)에 각도 ε로 입사하는 빛 가운데 재귀반사되는 부분은 실질적으로 없게 된다. 각면 쌍(324e)에 각도 ε로 입사하는 빛의 거의 전부가 재귀반사 구역(332d)으로 굴절된다. 결과적으로, 각면 쌍(324e)에 각도 ε로 입사하는 빛의 거의 전부가 재귀반사된다.
도 5bb에 가장 잘 도시되어 있듯이, 재귀반사구(310)의 수직축과 ε의 각도로 제1면(320)을 바라보고 있는 관찰자에 대한 시각적 효과는, 각면 쌍(324e)의 위치에 상응하는 재귀반사된 빛의 단일한 띠로서 나타난다. 각면 쌍(324a, 324d, 324f)에 상응하는 구역은 각면 쌍(324e)로부터의 완전히 재귀반사된 빛과 비교해서 중간 밝기인 띠로 나타난다. 각면 쌍(324b 및 324c)은 각도 ε으로 재귀반사구(310)에 입사하는 빛 중에서 복귀시키는 부분이 실질적으로 없고, 따라서, 각도 ε으로 재귀반사구(310)를 바라보고 있는 관찰자에게 상기 구역은 어둡게 보이게 된다.
도 5c에는 재귀반사구(310)가 그 수직축과 Φ의 각도를 이루면서 제1면(320)에 입사하는 빛에 미치는 효과가 도시되어 있는데, Φ의 절대값은 도 5b에 도시된 각도 ε의 절대값보다 크다. 각도 Φ로 각면 쌍(324d)에 입사하는 빛의 거의 전부가 재귀반사 구역(332c)으로 굴절된다. 결과적으로, 각도 Φ로 각면 쌍(324d)에 입사하는 빛의 거의 전부가 재귀반사된다. 각도 Φ로 각면 쌍(324c 및 324e)에 입사하는 빛의 일부만이 (각각) 재귀반사 구역(332b, 332d)으로 굴절된다. 결과적으로, 각면 쌍(324c, 324e)에 각도 Φ로 입사하는 빛의 일부만이 재귀반사된다. 각면 쌍(324a, 324b, 324f)에 각도 Φ로 입사하는 빛 가운데 재귀반사 구역(332)으로 굴절되는 부분은 실질적으로 없게 된다. 결과적으로, 각면 쌍(324a, 324b, 324f)에 각도 Φ로 입사하는 빛 가운데 재귀반사되는 부분은 실질적으로 없게 된다.
도 5cc에 가장 잘 도시되어 있듯이, 재귀반사구(310)의 수직축과 Φ의 각도로 제1면(320)을 바라보고 있는 관찰자에 대한 시각적 효과는, 각면 쌍(324d)의 위치에 상응하는 재귀반사된 빛의 단일한 띠로서 나타난다. 각면 쌍(324c, 324e)에 상응하는 구역은 각면 쌍(324d)로부터의 완전히 재귀반사된 빛과 비교해서 중간 밝기인 띠로 나타난다. 각면 쌍(324a, 324b, 324f)은 각도 Φ으로 재귀반사구(310)에 입사하는 빛 중에서 복귀시키는 부분이 실질적으로 없고, 따라서, 각도 Φ으로 재귀반사구(310)를 바라보고 있는 관찰자에게 상기 구역은 어둡게 보이게 된다.
도 5a 내지 도 5c 및 도 5aa 내지 도 5cc에서 다양한 각도로 입사하는 빛의 효과를 분석한 결과, 입사각(절대적인 의미)을 수직(0도)로부터 각도 ε으로, 그리고 각도 Φ로 증가시킴에 따라서, 도 5a의 각면 쌍(324f)에 상응하는 하부의 밝은 띠가 도 5b의 각면 쌍(324e)으로, 그리고 최종적으로 도 5c의 각면 쌍 (324d)으로 상방 이동하게 된다. 이 상대적인 이동은, 예를 들면 재귀반사구(310)를 지나서 이동하고 있는 차량의 운전자에게와 같이 밝게 보이는 부분이 이동하는 것처럼 보이는 용례에 유용한데, 왜냐하면 차량 뿐만 아니라 관찰자(즉, 운전자)로부터의 빛이 재귀반사구(310)의 수직축에 대해서 이동하기 위해서는 전술한 이동에 의해서 입사각이 변화해야 하기 때문이다.
그리고, (수직으로 입사하는 빛과 각도 ε 및 Φ로 입사하는 빛을 포함하는) 넓은 범위의 각도로 재귀반사구(310)에 접근하는 빛을 재귀반사시키는 재귀반사 구역(340)(도 5aa 내지 도 5cc 참조)을 제공하는 것이 유용할 수 있다. 상기 재귀반사 구역(340)은 각면 쌍(324)으로부터 재귀반사되는 빛에 대한 기준 프레임을 제공할 수 있다. 이 기준 프레임은 관찰자가 재귀반사구(310)의 각면 쌍으로부터 재귀반사되는 구역이 이동하는 것을 식별하는 데에 도움이 된다.
각면 쌍(222a/222b 또는 322a/322b)과 같은 각면 쌍이 본 발명에 따른 재귀반사구의 제1면의 광재정향 구조로서 제공되는 경우에, 각면 쌍들 사이에서 형성되는 각도를 선택함에 있어서는, 재귀반사구(210 및 310)를 제조하는 데에 사용되는 재료의 굴절률과, 재귀반사구(210 및 310)의 제1면과 제2면 사이의 거리의 함수가 되는 원하는 굴절을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이 통상적이다.
재귀반사구(310)의 분리 구역(334)은 흡수성인 것으로 전술했지만, 이에 대신해서 다른 광학적 성질을 가질 수도 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들면, 분리 구역(334)이 투과성인 경우에는, 입사광의 전부 또는 일부를 분리 구역(334)으로 굴절시키는 각면 쌍(324)에 상응하는 구역은, 입사광의 거의 전부를 재귀반사 구역(332) 가운데 하나로 굴절시키는 각면 쌍(324)에 비해서 어둡게, 즉 밝기가 감소된 모습으로 보이게 된다. 이의 대안으로서, 투과성 구역으로 재귀반사 구역(310)의 제2면(330)에 인접한 면 또는 영상을 볼 수 있도록 할 수도 있다.
이의 대안으로서, 각면 쌍(324)을 통해서 재귀반사 구역(332)으로부터 복귀된 재귀반사된 빛의 띠가 다를 색깔의 재귀반사된 빛의 띠로 구별되도록 할 수도 있는데, 이 경우에는 분리 구역(334)이 재귀반사 구역(332)과 색깔이 다른 재귀반사 구조를 갖거나, 재귀반사 구역(332)의 재귀반사 구조와 다른 광학적 효과를 제공하도록 한다.
도 6 내지 도 8에는 본 발명에 따른 재귀반사구의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 재귀반사구(410)는 제1면(420)과 제2면(430)을 포함한다. 비록 상술한 여러 실시예에서 굴절성 광재정향 구조는 제1면에 제공되어 있지만, 본 실시예에 따른 재귀반사구(410)는 제1면(420)에 위치하는 굴절성 광재정향 구조와, 재귀반사 구역(432)과 분리 구역(434)을 포함하는 제2면(430)을 포함한다. 빛이 재귀반사구(410)에 입사하게 되면 실질적으로 투과성인 것이 바람직한 광학적 창(414)을 통과해서 입사하게 된다. 제1면(420)과 제2면(430)은 대체로 평면인 것이 바람직하다. 그리고 제1면(420)과 제2면(430)은 대체적으로 서로 평행한 것이 바람직하다. 또한 배면(415)이 제1면(420)과 제2면(430) 사이에서 실질적으로 연장되는 것이 바람직하다.
재귀반사 구역(432)은 축(412)과 대체로 나란한 컬럼으로서 형성되는 것이 바람직하다. 재귀반사 구역(432)에 위치하는 재귀반사 구조(도시하지 않았음)는 입방체 모서리 요소인 것이 바람직하지만, 재귀반사 구역(432)은 재귀반사성 비드나 구체, 원뿔형 재귀반사성 요소 또는 기타 재귀반사성 요소와 같은 다른 재귀반사 구조를 포함할 수도 있다.
도 7에는 광학적 창(414)을 통해서 재귀반사구(410)에 입사한 2개의 광선(440 및 460)의 경로가 도시되어 있다. 광선(460)은 광학적 창(414)을 통해서 재귀반사구(410)에 입사한 후, 광학적 창(414)에서 제1면(420)을 향해서 굴절된다. 광선(460)은 제1면(420)에서 제2면(430)의 재귀반사 구역(432) 중 하나를 향해서 반사된다. 결과적으로, 광선(460)은 제1면(420)을 향해서 재귀반사된다. 다음으로, 광선(460)은 제1면(420)에서 광학적 창(414)으로 다시 반사되고, 재귀반사구(410)를 탈출한다.
광선(440)은 광학적 창(414)을 통해서 재귀반사구(410)에 입사한 후, 광학적 창(414)에서 제1면(420)의 각면 쌍(422) 중 하나를 향해서 굴절된다. 광선(440)은 제1면(420)에서 제2면(430)의 분리 구역(434) 중 하나를 향해서 반사된다. 바람직한 실시예에서는, 광선(440)은 분리 구역(434)으로부터 재귀반사구(410)의 배면(415)을 향해서 경면 반사된다(예를 들면, 내부 전반사에 의해서, 또는 반사성 재료에 의해서).
재귀반사구(410)에서 배면(415)은 재귀반사성인 것이, 즉 입사하는 빛을 재귀반사시키는 것이 바람직하다. 결과적으로, 광선(440)은 배면(415)으로부터 분리 구역(434)을 향해서 재귀반사되고, 분리 구역(434)에서 제1면(420)을 향해서 다시 경면 반사된다. 제1면(420)에서 광선(440)은 광학적 창(414)을 향해서 반사되고, 광학적 창(440)에서 재귀반사구(410)에 입사한 경로와 대체로 평행한 경로를 따라서 재귀반사구(410)를 탈출한다.
본 실시예에서, 제2면(430)의 재귀반사 구역(432)으로부터 재귀반사된 빛은, 전술한 재귀반사구의 재귀반사 구역으로부터 재귀반사된 빛의 경우와 마찬가지로, (관찰자에게) 재귀반사구(410)의 배면(415)으로부터 재귀반사된 빛과 구별되는 것이 바람직하다. 재귀반사성을 차별화하는 일례에는, 배면(415)으로부터 재귀반사된 빛과 재귀반사 구역(432)으로부터 재귀반사된 빛의 밝기나 강도를 변화시키는 것이 있다. 재귀반사성을 차별화하는 또 다른 일례에는, 배면(415)으로부터 재귀반사된 빛과 재귀반사 구역(432)으로부터 재귀반사된 빛의 색깔을 변화시키는 것이 있다.
도시하지는 않았지만, 재귀반사구(410)의 분리 구역(434)이 재귀반사 구역(432)의 재귀반사성과 구분되는 방식의 재귀반사성을 갖는다면 전술한 경우와 동일한 효과를 얻을 수 있다는 것을 이해할 것이다.
또 다른 변형례에 의하면, 재귀반사구(410)의 분리 구역(434)은 투과성이거나 흡수성이고, 따라서 제1면(420)으로부터 분리 구역(434)에 입사하는 빛이 제2면(430)을 통해서 탈출하거나 흡수된다. 분리 구역(434)이 투과성이거나 흡수성이게 되면, 광학적 창(414)을 통해서 재귀반사구(410)에 입사하는 빛에 대해서 이 입사광의 경로를 따라서, 또는 이에 근접하게 광학적 창(414)을 바라보고 있는 관찰자(도시하지 않았음)는, 굴절성 제1면(420)이 입사광을 재귀반사 구역(432)으로 반사시킬 때에만 재귀반사된 빛을 볼 수 있게 된다.
도 8에 가장 잘 도시되어 있듯이, 제1면(420)은 재귀반사구(410)이 폭에 걸쳐서 배치되어 있는 복수 개의 반사성 각면(422)의 형태를 취하는 광정향 구조를 포함하는 것이 바람직하다. 각면(422)은 제1 각도로 입사하는 빛의 대부분(실질적으로 전부인 것이 더욱 바람직함)을 제2면(430)을 향해서 제2 각도로 재정향시키는 것이 바람직하다. 제1 각도와 제2 각도는, 예를 들면 축(412)에 대해서 측정하는 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이, 광정향 구조는 볼록 거울이나 오목 거울과 같은 곡면처럼 자신으로부터 반사되는 빛을 광학적으로 집속시키는 능력이 실질적으로 없다.
제1면의 광정향 구조가 제2면(530)의 재귀반사 구역 및 분리 구역에 대해서 "축이탈(off-axis)" 배향에 의해 얻는 광학적 효과는, 재귀반사구(510)에서 주어진 각도로 입사하는 빛을 재귀반사시키는 구역과 재귀반사시키지 않는(전술한 바와 같이 구별되는 방식으로 재귀반사시키는) 구역이 나타나는 것이다. 이러한 차이는 제1면(520)의 굴절 구조와 제2면(530)의 재귀반사 구역 및 분리 구역 사이의 관계에 따라서 재귀반사 구역 또는 분리 구역으로 재정향되는 빛에 기인하는 것이다.
본 발명에 따른 재귀반사구의 또 다른 변형례가 도 10에 도시되어 있는데, 이 변형례에서 재귀반사구(610)는 서로 평행하지 않은 제1면(620)과 제2면(630)을 포함한다. 제1면(620)과 제2면(630)이 평행하지 않게 배치되도록 배향시키는 효과는, 재귀반사구(610)의 제1면(620)으로부터 재귀반사되는 패턴이 물결무늬 효과로 나타나는 것이다. 제1면(620)과 제2면(630)의 피치가 동일하다면, 관찰되는 빛은 제1면(620)과 제2면(630)이 서로 평행하게 배향되고 적절한 간격을 두고 배치된 경우에는 온/오프 재귀반사성 섬광으로 바뀌게 된다(분리 구역에 입사한 빛이 입사된 빛의 경로를 따라서, 또는 이에 근접하게 위치한 관찰자에게 복귀되지 않는다는 가정하에서). 제1면과 제2면을 평행하지 않게 배향시키는 것은 하나 또는 둘의 개별적인 부재를 사용함으로써 가능하다. 제1면(620)과 제2면(630)이, 예를 들면 시트와 같은 동일한 부재에 위치하는 경우에는, 시트를 평면 상태로부터 휨으로써 재귀반사 패턴을 변화시킬 수 있다. 이 효과는, 예를 들면 정렬 기구, 온도 감지, 압력 감지 등과 같이 휘는 것이 어떤 물리적 특성의 변화를 나타낼 수 있는 경우와 관련하게 유용하게 이용될 수 있다.
도 11에는 본 발명에 따른 재귀반사구(710)의 또 다른 실시예가 도시되어 있는데, 이 실시예에서는 재귀반사 구역(732)과 분리 구역(734)의 상대적인 폭이 재귀반사구(710)의 광학적 성능에 영향을 끼친다. 전술한 모든 재귀반사구의 경우에는 재귀반사 구역과 분리 구역의 폭은 실질적으로 동일했다. 즉, 재귀반사구의 제2면의 피치를 정의하는 폭 w2d의 대략 절반을 재귀반사 구역과 분리 구역이 각각 차지한 것이다. 그러나 본 실시예의 재귀반사구(710)의 경우에는, 재귀반사 구역(732)의 폭 wrr이 분리 구역(734)의 폭 ws 보다 크다. 즉, 재귀반사 구역(732)이 분리 구역(734) 보다 제2면의 더 넓은 부분을 차지한다. 설명 목적상, 굴절 구조, 즉 도 11의 각면 쌍(724)의 폭 w1은 재귀반사 구역(732)과 인접한 분리 구역(734)의 1개조의 폭 w2와 실질적으로 동일하다.
도 11에는 재귀반사구(710)의 수직축(780)을 따라서 제1면(720)에 접근하는 제1조의 광선(740a, 740b, 740c, 740d)[집합적으로 "광선(740)"이라 부름]이 도시되어 있다. 모든 광선(740)은 재귀반사구(710)의 제2면(730)의 재귀반사 구역(732) 중 하나로 굴절된다. 결과적으로, 모든 광선(740)이 재귀반사구(710)에 입사한 경로와 실질적으로 동일한 경로를 따라서 재귀반사된다. 이 접근 각도를 따르는 재귀반사구(710)의 광학적 성능은 전술한 많은 재귀반사구의 경우와 유사하다.
도 11에는 또한 제2조의 광선(750a, 750b, 750c, 750d)[집합적으로 "광선(750)"이라 부름]이 도시되어 있는데, 이들 광선(750)은 재귀반사구(710)의 수직축(780)과 θ의 각도를 이루면서 재귀반사구(710)의 제1면(720)에 접근한다. 광선(750)은 모두 동일한 각도로 재귀반사구(710)에 입사하지만, 광선(750)의 전부가 재귀반사 구역(732) 또는 분리 구역(734)으로 굴절되는 것은 아니다. 대신에, 광선(750a)과 광선(750c)이 도 11에 도시된 대로 재귀반사 구역(732)으로 굴절되고, 광선(750b)과 광선(750d)은 분리 구역(734)으로 굴절되어 재귀반사구(710)로부터 투과되어 나온다. 결과적으로, 재귀반사구(710)에 θ의 각도로 입사한 빛의 절반만이 재귀반사되고, 나머지 절반은 투과된다.
제2면 중에서 재귀반사 구역이 차지하는 부분의 백분율을 분리 구역이 차지하는 부분이 백분율과 비교해서 도 12에 그래프로 도시했다. 비교 목적상, 분리 구역 중 하나로 굴절된 빛은 흡수, 투과 또는 다른 방식으로 처리되어, 재귀반사구에 입사하는 빛의 경로 상에, 또는 그에 인접하게 위치하는 관찰자에게는 복귀되지 않는 것으로 가정한다. 도 12의 수평축은 입사광의 여러 접근 각도를 나타내고, 수직축은 복귀되는 빛의 강도를 나타낸다.
도 12의 선(760)은, 재귀반사 구역이 분리 구역과 실질적으로 폭이 동일하고, 재귀반사구의 제1면 상의 굴절 구조의 피치가 제2면의 재귀반사 구역 및 분리 구역의 피치와 동일한 경우에 있어서 재귀반사구의 광학적 성능을 나타낸다. 입사광의 경로를 따라서 복귀되는 (즉, 재귀반사되는) 빛의 강도를 선(760)으로 나타내었고, 입사광의 접근 각도가 변함에 따라서 최대값부터 0까지 규칙적으로 변화한다.
도 12의 파선(770)은 재귀반사 구역의 폭이 분리 구역의 폭의 3배인 경우의 재귀반사구(710)의 광학적 성능을 나타낸다. 재귀반사구(710)로부터 재귀반사되는 입사광의 강도는 접근 각도가 변함에 따라서 최대값[예를 들면, 도 11의 광선(740)에 대응함]으로부터 최소값[예를 들면, 도 11의 광선(750)에 대응함]까지 변화한다. 결과적으로, 재귀반사구(710)는 입사광과 관찰자가 재귀반사구(710)에 변화하는 각도로 접근하는 경우[예를 들면, 운전자가 재귀반사구(710)에 그 수직축과 다른 각도로 접근하는 경우] 온/오프 방식으로 반짝거리지 않게 된다. 대신에, 재귀반사구(710)는 도 12에 도시한 대로 접근 각도가 일정 범위에서 변함에 따라 강도 또는 밝기가 변동 또는 변화하게 된다.
도 11 및 도 12를 이용해서 본 발명에 따른 재귀반사구의 또 다른 양태, 즉 재귀반사구의 섬광율(flash rate)을 변화시키는 능력을 설명할 수 있다. 나머지 변수는 동일한 본 발명에 따른 2개의 재귀반사구 중에서, 제1면과 제2면 사이의 간격이 더 큰 재귀반사구의 섬광율이 더 높다. 섬광율이 더 높다고 하는 것은, 주어진 범위의 접근 각도에 대해서 더 "두꺼운" 재귀반사구로부터 복귀되는 빛의 강도가 최대값에 더 빈번히 도달한다는 것을 의미한다. 도 12를 참조하면, 선(760) 또는 파선(770)의 정점은 더 두꺼운 재귀반사구의 경우에 더욱 가깝게 위치한다. 본명세서에서 재귀반사구의 두께는 제1면과 제2면 사이의 거리로 정의되며, 이 정의는 단일체로 둘러싸인 재귀반사구의 경우뿐만 아니라 제1면과 제2면이 별개의 개체 상에 제공되는 경우에도 적용된다.
도 12a에는 제1면과 제2면 사이의 간격이 큰 경우에 재귀반사구의 섬광율이 증가하는 이유가 도시되어 있는데, 도면에서 재귀반사구는 각면(722')의 형태로 도시된 복수 개의 광재정향 구조를 갖는 제1면(720')을 구비한다. 각면(722')이 그 위에 입사하는 광선속을 재정향시키면, 이 재정향된 광선속의 중심은 교점(730', 732', 734')에서 교차 및 중첩되고, 예를 들면 모든 교점(730')는 제1면(720)과 대체로 평행한 선 상에 위치한다는 것을 알 수 있다. 교점(730') 사이의 간격은 교점(732') 및 교점(734')의 경우와 동일하다. 교점(734')이 제1면으로부터 더 멀기 때문에, 상부 교점(734')을 통해서 정향된 빛이 하부 교점(734')을 통해서 정향되도록 하는 데에 필요한 각도의 변화량은, 인접한 한 쌍의 교점(730' 또는 732') 사이에서 빛을 이동시키는 데에 필요한 각도의 변화량보다 작다. 인접한 교점 사이에서 재정향된 빛을 이동시키는 데에 필요한 접근 각도의 변화량이 작아짐으로써 전술한 섬광율이 증가된다.
도 13에는 본 발명에 따른 재귀반사구(810)의 또 다른 양태가 도시되어 있다. 재귀반사구(810)는 각도에 의존하는 투과성 필름 또는 시트로 사용되는 것이 바람직하며, 굴절성 구조(824)[한 쌍의 각면(822a 및 822b)로 도시되어 있음]를 포함하는 제1면(820)과, 이 제1면(820)으로부터 거리 d1 만큼 떨어져 있는 제2면(830)을 포함한다. 제2면(830)은 본 실시예에서는 투과성인 것이 바람직한 분리 구역(834)과 재구반사 구역(832)을 포함한다.
재귀반사구(810)는 또한, 제2면(830)에서 제1면(820)의 반대 방향쪽으로 위치하는 굴절성 구조(844)[한 쌍의 각면(842a 및 842b)으로 도시되어 있음]를 포함하는 제3면(840)을 포함한다. 제3면(840)은 제2면(830)으로부터 거리 d2 만큼 떨어져 있는 것이 바람직하고, d1과 d2의 절대값은 실질적으로 동일한 것이 바람직하다.
재귀반사구(810)의 수직축(880)과 평행하게 제1면(820)에 입사하는 광선(850a, 850b, 850c, 850d)[집합적으로 광선(850)으로 부름]은 재귀반사 구역(832) 중 하나로 굴절되고, 거기서 재귀반사된다.
광선(860a, 860b, 860c, 860d)은 재귀반사구(810)의 수직축(880)과 각도 σ를 이루면서 제1면(820)에 입사한다. 광선(860a, 860b, 860c, 860d)은 분리 구역(834) 중 하나로 굴절되고, 이 분리 구역(834) 중 하나를 통해서 재귀반사구(810)의 제3면(840)으로 투과된다.
재귀반사구(810)의 제3면(840)의 굴절성 광정향 구조(844)는 재귀반사구(810)의 제1면(820)의 굴절성 구조(824)에 의한 굴절을 보정하는 것이 바람직하다. 결과적으로, 분리 구역(834)을 통해서 투과된 광선(860a, 860b, 860c, 860d)은, 수직축(880)에 대해서 상기 광선이 재귀반사구(810)에 입사한 각도 각도 σ와 크기는 같고 방향은 반대인 각도 τ로 제3면(840)을 탈출한다.
제2면(830)의 제1면(820)과 반대 방향측에 보정용 제3면(840)을 추가함으로써 얻는 광학적 효과는, 재귀반사구(810)를 투과하는 빛에 대해서, 빛의 접근 각도를 따라서 재귀반사구(810)의 제1면(820) 측에 위치하는 관찰자가 도 13에 도시된 바와 같이 재귀반사구(810)의 제3면(840)의 좌측에 위치하는 물체 또는 영상을 볼 수 있게 되는 것이다. (도 13에 도시된 바와 같이) 재귀반사구(810)의 좌측에 위치하는 영상은, 재귀반사구(810)의 제3면(840) 상의 굴절성 구조(844)의 피치와 같거나, 이 피치보다 더 큰 특징부(feature)를 갖는 것이 유리하다.
도 14에는 본 발명에 따른 재귀반사구(910)의 또 다른 실시예가 도시되어 있는데, 이 재귀반사구(910)의 제1면(920)은 복수 개의 광재정향 구조를 포함한다. 광재정향 구조는 3개조의 각면(922a, 922b, 922c)으로 제공된다. 각면(922a)은 수직축(912)에 대해 모두 동일한 각도로 형성되어 있는 복수 개의 실질적으로 평면인 부각면(922a')을 포함한다(어떤 면에서 프레넬 렌즈와 유사함). 각면(922b)은 실질적으로 평면인 것이 바람직하다. 각면(922c)은 수직축(912)에 대해 모두 동일한 각도로 형성되어 있는 복수 개의 실질적으로 평면인 부각면(922c')을 포함한다. 부각면(922c')이 축(912)과 이루는 각도는 부각면(922a')이 수직축(912)과 이루는 각도와 크기는 같고 방향은 반대인 것이 바람직하다. 그리고 부각면(922a') 및/또는 부각면(922c')은 굴절 효과가 지배적인 크기보다 더 큰 것이 바람직하다.
각면(922a 및 922c)에 의해 형성된 광재정향 구조는 실질적으로 광학적 집속 능력을 제공하지 않는다는 점에 주의해야 하는데, 왜냐하면 각면(922a)의 부각면(922a')은 서로 평행하기 때문이다. 그리고 각면(922c)의 부각면(922c')도 서로 평행한 것이 바람직하다. 결과적으로, 각각의 각면(922a 내지 922c)에 [수직축(912)에 대해서] 동일한 각도로 입사하는 빛의 실질적인 전부가 재귀반사구(910)의 제2면(930)에 중첩되게 된다. 각면(922a 내지 922c)은 동일한 각도로 재귀반사구(910)의 제1면(920)에 접근하는 모든 빛을 제1면(920)에서 각면(922a 내지 922c)이 차지하는 구역보다 더 작은 제2면(930) 중 하나의 구역에 중첩시키는 것이 바람직하다. 실질적인 집속 능력이 없는 것이 중요한데, 왜냐하면 배면(930)의 재귀반사 구역(934)의 재귀반사 구조는 병진 효과가 있기 때문이다.
재귀반사구(910)에 예시되어 있는 본 발명에 따른 재귀반사구의 또 다른 양태는, 제2면(930)이 2 이상의 광학적 성질을 갖는 구역을 포함할 수 있다는 것이다. 도시되어 있는 바와 같이, 재귀반사구(910)는 3개의 상이한 재귀반사 구역(934a, 934b, 934c)[집합적으로 재귀반사 구역(934)으로 부름]을 포함한다. 이 상이한 재귀반사 구역들(934)은 상이한 색깔, 상이한 강도 등과 같은 상이한 광학적 특성을 갖는 것이 바람직하다. 상기 재귀반사 구역(934)은 제2면(930)에 걸쳐서 반복적인 배열로 형성되는 것이 바람직하지만, 필수적인 것은 아니다. 그리고, 3개 이상의 상이한 재귀반사 구역(934)이 제공될 수 있고, 제2면(930)은 투과성, 흡수성 또는 반사성(경면 반사 또는 산란 반사)인 구역을 포함할 수 있다는 것을 이해할 수 있다.
접근 각도를 변화시킴에 따라서 광재정향 구조가 빛을 중첩시키는 구역이 이동하게 되면, 빛은 제2면(930) 상의 다른 재귀반사 구역(934)에 입사하게 되고, 따라서 재귀반사 구역 또는 빛이 중첩되는 구역(934)의 광학적 특성에 기초해서 다른 광학적 효과가 나타나게 된다.
본 발명에 따른 재귀반사구는 시트, 필름 및 다른 방식으로는 시트나 필름과 관련될 수 없는 강성의 물체의 형태를 취할 수 있다는 것을 이해할 수 있다.
본 발명에 따른 재귀반사구는, 통상적으로 핀 번들링(pin bundling)법으로 부르는 방법과, 직접 가공법으로 부르는 방법을 포함하는 여러 가지의 방법들에 의해서 형성된 몰드를 사용해서 복제함으로써 제조될 수 있다. 핀 번들링법을 이용해서 제조된 몰드는, 원하는 재귀반사구의 양태에 따라 형성된 단부를 각각 구비하는 개별적인 핀들을 조립함으로써 만들 수 있다. 핀 번들링법의 예가 히난(Heenan) 등에게 허여된 미국 특허 제3,926,402호, 러레이(Leray)에게 허여된 영국 특허 제423,464호 및 제441,319호에 개시되어 있다. 룰링(ruling)법으로 부르기도 하는 직접 가공법에 있어서는, 기재의 일부를 절단해서 교차하는 홈의 패턴을 생성함으로써 재귀반사 구조를 형성하는 공정이 포함된다. 그러한 룰링, 셰이핑(shaping) 및 밀링(milling)의 예가 미국 특허 제3,712,706호[스탬(Stamm)], 제4,349,598호[화이트(White)], 제4,895,258호[후프만(Hoopman)], 제4,938,563호[넬슨(Nelson) 등]에 개시되어 있다. 비록 본 발명의 재귀반사구는 일반적으로 직접 가공법에 의해 형성된 몰드로부터 제조되는 것으로 설명되었지만, 다른 적절한 방법도 사용할 수 있다는 것을 이해할 수 있다.
변하는 피치와, 제1면과 제2면 사이의 상대적인 위치 설정에 재귀반사구가 민감하게 반응하기 때문에, 본 발명에 따른 재귀반사구(1010)(도 15 참조)의 제조 방법의 하나를 설명하겠다. 재귀반사구(1010)는 전술한 바와 같이 굴절성 광재정향 구조(1024)를 포함하는 제1면(1020)을 포함한다. 재귀반사구(1010)의 제2면(1030)은 복수 개의 재귀반사 구역(1032)과 분리 구역(1034)을 포함한다.
재귀반사 구역(1032)은 재귀반사구(1010) 상의 일정 위치에 결합되어 있는 바인더(binder)(1042) 내에 위치하는 복수 개의 재귀반사 비드(1040)를 각각 포함한다. 재귀반사 비드(1040)는 또한 스페이서 피막(spacer coat)(1046)와 반사성 재료(1048)에 의해 부분적으로 둘러싸여 있을 수 있는데, 이것은 당업자에게 잘 알려져 있는 것이다. 바인더(1042)는 자외선과 같은 빛 에너지를 사용해서 경화시키는 것이 바람직한데, 이것도 당업자에게 잘 알려져 있는 것이다. 결과적으로, 재귀반사구는 전술한 공정에서 빛 에너지를 사용함으로써 적절한 피치를 갖도록 형성된다. 재귀반사구(1010)를 제조하는 방법의 하나를 이하에서 설명하겠다.
시트나 필름과 같은 적절한 본체(1012)에 굴절성 광 재정향 구조(1024)를 포함하는 제1면(1020)을 형성한다. 이 때 대향하는 면(1014)은 매끄러운 것이, 즉 평면인 것이 바람직하다. 다음으로 대향하는 면(1030)의 실질적인 전체면에 걸쳐서 재귀반사성 비드(1040)과 바인더 용액(1044)의 혼합물을 피복시킨다(도 16 참조). 바인더 용액을 경화시키는 데에 필요한 적절한 파장의 빛 에너지를 제1면(1020)에 직접 조사시키는데, 빛 에너지가 본체(1012)를 통해서 마무리된 재귀반사구(1010)의 재귀반사 구역(1032)으로 굴절되도록 한다(도 15 참조). 빛 에너지가 바인더 용액(1044)에 입사하는 구역에서는, 경화된 바인더 용액(1042) 내에서 재귀반사 비드(1040)가 유지된다. 빛이 바인더 용액(1044)에 입사하지 않는 구역에서는, 재귀반사 구역(1032)이 경화된 후에 비드(1040)와 바인더 용액을 제거할 수 있다. 스페이서 피막과 굴절성 재료의 도포는 임의의 적절한 방법으로 행할 수 있다.
이 방법의 중요한 잇점 가운데 하나가 바인더(1042)를 경화시키는 데에 사용하는 빛 에너지의 각도를 조절할 수 있다는 것으로, 이에 따라서, 입사광의 각도에 대해서, 재귀반사구(1010)의 제1면(1020)의 광정향 구조(1024)의 위치와 관련하여 재귀반사 구역(1032)과 분리 구역(1034)을 정확하게 형성할 수 있게 된다. 결과적으로, 상이한 각도로 노출시킴으로써 원하는 재귀반사구(1010)의 재귀반사 성질을 얻을 수 있게 된다.
상이한 각도로 노출시키는 것 이외에도, 시각적 영상을 얻기 위해 다앙한 각도로 재귀반사된 빛에 노출시키기 전에 제1면(1020)에 마스크를 제공하는 것도 유리할 수 있다. 예를 들면, 도 17에 도시된 바와 같이 거품이 재귀반사구(1010)의 하부로부터 상부를 향해서 이동하는 것처럼 보일 수 있다. 입사광은 재귀반사구(1010)의 수직축에 대해서 제1 각도로 제공되는데, 이 각도는 재귀반사구(1010)가 제조 중에 노출된 제1 각도에 상응한다. 거품(1050a)은 재귀반사구(1010)로부터 재귀반사된 빛 속에서 나타난다. 입사광이 재귀반사구(1010)에 그 수직축을 따라서 접근하면, 빛은 거품(1050b)의 상으로부터 재귀반사된다(이 때 제1 거품(1050a)으로부터는 빛이 재귀반사되지 않는다). 빛의 접근 각도가 변함에 따라, 재귀반사구(1010)의 상부에 인접한 거품(1050c)의 제3의 상으로부터 빛이 재귀반사된다[이때 거품(1050a 및 1050b)는 보이지 않음]. 다시 말하면, 각 거품(1050)은 제조 시에 재귀반사구(1010)가 노출되었던 각도에 대체로 상응하는 상이한 각도로 재귀반사구(1010)에 접근하는 빛 안에 나타난다. 이 개념의 많은 변형례가 전술한 설명을 기초로 해서 명백해질 것이다.
본 발명에 따른 재귀반사구는 대규모 구조 또는 미세 구조(또는 이들이 조합)의 형태로 제공될 수 있고, 어떠한 형태에서도 전술한 재귀반사 성질을 통상적으로 발휘한다. 대규모 구조의 재귀반사구는 원하는 적용 또는 사용에 따라서 여러 가지의 재료로부터, 그리고 임의의 적절한 치수로 형성할 수 있다. 미세 구조의 재귀반사구는 입방체 모서리, 각면 등과 같은 작은 광학적 요소를 포함하는 것이 통상적이고, 그 크기에 있어서는, 재귀반사구의 제1면의 굴절성 구조의 피치와 제2면의 재귀반사 구역과 분리 구역의 피치는 대략 0.03 인치(0.75 mm) 이하인 것이 통상적이지만, 어떤 경우에는 재귀반사구의 제1면과 제2면의 특징부의 피치가 대략 0.01 인치(0.25 mm) 이하가 되도록 하는 것이 바람직하며, 대략 0.005 인치(0.13 mm) 이하인 것이 더욱 바람직하다. 그리고, 어떤 상황에서는 전술한 구조를 포함하는 얇은 미세 구조의 시트를 사용하는 것이 유리할 수 있다. 상기 얇은 미세 구조의 시트는, 예를 들면 미국 특허 제4,906,070호[캅 주니어(Cobb. Jr.]에 기재되어 있는 바와 같이 가요성인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명에 따른 재귀반사구는, 치수가 변하지 않고, 견고하고, 풍화에 강하고, 원하는 구성으로 용이하게 복제할 수 있는 투명한 재료로 제조하는 것이 통상적이지만, 여러 가지 적절한 재료를 사용할 수 있다. 적절한 재료의 예로는, 유리, 굴절률이 대략 1.49인 아크릴릭스(acrylics)[예를 들면, 롬 앤드 하스(Rohm & Haas) 사가 시판하는 PLEXIGLASS 상표의 수지], 굴절률이 대략 1.59인 폴리카보네이트, 폴리에틸렌계 이오노머(예를 들면, E.I. DuPont de Nemours and Co., Inc.의 SURLYN 상표), 폴리에스터, 폴리우레탄 및 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트 등이 있다. 다른 예로서는 미국 특허 제4,576,850호, 제4,582,885호 및 제4,668,558호에 기재되어 있는 바와 같은 반응성 재료가 포함된다.
본 발명에 따른 재귀반사구는 미국 특허 제5,450,235호의 원칙에 따라서 구성될 수 있는데, 이에 의하면, 입방체 모서리 요소는 고계수의 중합체로 이루어지고, 중첩되는 본체의 레이어는 보다 부드러운 저계수의 중합체로 이루어진다. 그러한 구성에 의하면 본 발명에 따른 재귀반사구는 또한 후술하는 피복용 재귀반사구에도 적용될 수 있다.
폴리카보네이트도 그 인성과, 온도 안정성과, 제2면 반사구를 사용할 때 넓은 범위의 입사각에 걸쳐서 재귀반사 성능을 대체로 개선시키는 고굴절률(대략 1.59) 때문에 사용될 수 있다. 굴절률이 높을수록 굴절률의 차이가 더욱 커져서 구조면에서의 내부 전반사를 강화시킨다. 예를 들면 분리 구역이나 절단된 구조 등을 이용해서 빛이 재귀반사구를 통과하게 하는 경우에는, 굴절률이 낮은 재료를 사용해서 재귀반사구를 통해서 빛이 통과하는 범위를 증가시키는 것이 바람직하다. 예를 들면, 투과가 중요한 경우에는, (굴절률이 대략 1.49인) 아크릴릭스가 유리한 조합의 특성들을 제공할 것이다. 또한, 재귀반사구를 형성하는 데에 사용되는 재료에는 자외선 안정제나, 풍화에 대한 내구성, 지속성, 인성 또는 다른 원하는 특성을 향상시키기 위한 첨가제가 포함된다.
필요하다면, 본 발명에 따른 재귀반사구는 반사성을 강화하기 위해서 반사성 피막을 포함할 수 있다. 그러한 피막에는 금속 또는 유전성 스택이 포함된다.
본 발명에 따른 재귀반사구에 색깔을 이용하는 경우에는, 임의의 적절한 채색제를 사용할 수 있다. 본명세서에서 사용된 "채색제"라는 용어는, 본 발명에 따른 재귀반사구로부터 탈출하는 빛의 가시적인 색깔에 변화를 가져오는 임의의 염료, 착색제, 안료 등을 의미한다.
본 발명에 따른 재귀반사구는 바느질(sewing)과 같은 기계적 방법으로 만든 다양한 기재에 적용될 수 있다. 그러나 어떤 용례에서는, 감압 접착제, 감열 접착제 또는 자외선 조사 활성 접착제와 같은 접착제를 사용해서 재귀반사구를 기재에 부착시키는 것이 바람직하다. 재귀반사구를 지지하는 기재는 피복의 재귀반사구의 외면에 위치함으로써, 사람이 피복을 통상적인 배향으로 착용했을 때 재귀반사구가 보이게 된다. 기재를 이루는 재료에는, 예를 들면 면, 모직, 아마, 나일론, 올레핀, 폴리에스터, 셀룰로오스, 레이온, 우레탄, 비닐, 아크릴, 고무, 스판덱스 등을 포함하는 직물, 편물 또는 부직포가 있고, 그리고 가죽 또는 종이로 이루어질 수도 있다.
도 18에는 가늘고 긴 시트 또는 스트립의 형태를 취하고 있는 재귀반사구(92)가 부착되어 있는 안전 조끼(90)가 도시되어 있다. 안전 조끼는 도로 작업자나 경찰관이, 그들에게 접근하는 운전자에게 잘 보이도록 종종 착용한다. 비록 예시를 위해서 안전 조끼를 선택했지만, 본 발명에 따른 재귀반사구를 포함하는 피복 제품은 다양한 형태로 제공될 수 있다. 여기서 사용된 "피복 제품"이란 용어는 사람이 착용하거나 휴대하기에 적합한 크기와 구성의 의복 제품을 의미한다. 본 발명에 따른 재귀반사구가 사용될 수 있는 피복 제품의 다른 예에는, 셔츠, 스웨터, 재킷(예를 들면, 소방수 재킷), 코트, 바지, 신발, 양말, 장갑, 벨트, 모자, 수트(suit), 원피스 의류, 가방, 배낭 등이 있다.
실시예
후술하는 실시예는 본 발명에 따른 재귀반사구를 예시하기 위한 것이다. 그러나, 본 실시예는 이 목적을 위한 것이지만, 특정 재료와 형상과 다른 조건과 세부 사항들을 본 발명의 범위가 부당하게 제한되도록 해석해서는 안 된다.
굴절률이 1.59인 0.125 인치(3.18 mm)의 폴리카보네이트 시트 재료로 섬광성 재귀반사구를 만들었다. 구조면이 형성된 후에 측정한 폴리카보네이트 시트 재료의 두께는 0.1115 인치(2.83 mm)였다.
적절한 압력과 온도 조건하에서, 시트의 제1면을, 예를 들면 도 2의 제1면(120)과 유사한 각면 쌍으로 형성하였다. 각 쌍의 각면 사이에 형성된 각도는 160.7도였고, 각면의 피치는 0.028 인치(0.71 mm)였다.
시트에서 제1면과 대향하는 제2면은, 제1면에 각면이 형성됨과 동시에, 예를 들면 도 2의 제2면(130)처럼 분리 구역에 의해 분리된 입방체 모서리의 컬럼으로 형성시켰다. 입방체 모서리의 컬럼의 폭은 0.014 인치(0.36 mm)였고, (컬럼에도 형성되어 있는) 분리 구역의 폭은 입방체 모서리의 컬럼의 폭과 같았다. 결과적으로, 제2면의 피치는 또한 0.028 인치(0.71 mm)였는데, 이것은 시트의 제1면의 광정향 굴절성 각면의 피치와 동일하였다.
결과로 얻은 재귀반사구는 광원과 관찰자에 대해서 이동할 때에 온/오프 섬광을 나타냈다. 중첩된 빛이 제2면의 재귀반사 구역과 분리 구역 사이에서 이동함으로써 섬광 효과를 발휘했다.
본명세서에 인용된 특허, 특허 서류 및 공보는 각각을 참조용으로 본명세서에 포함시켰듯이, 이들 전체를 또한 참조용으로 포함시켰다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 변형과 수정을 가할 수 있다는 것은 당업자에게 명백한 것이며, 본 발명은 전술한 실시예에 의해 부당하게 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다.

Claims (10)

  1. 재귀반사구로서,
    복수 개의 광재정향(光再定向) 구조(122a-b,222a-b,324a-f,422,522a-b,724,722,822a-b,842a-b,922a-c,1024)를 포함하는 제1면(20,120,220,320,420,520,620,720,820,920,1020)과,
    이 제1면(20,120,220,320,420,520,620,720,820,920,1020)에 의해서 투과되는 빛을 받아들이고, 빛을 상기 제1면(20,120,220,320,420,520,620,720,820,920,1020)으로 재귀반사시키는 복수 개의 재귀반사 구역(32,132,232,332a-e,432,732,832,934a-c,1032)을 포함하는 제2면(30,130,230,330,430,530,630,730,830,930,1030)과,
    상기 제2면(30,130,230,330,430,530,630,730,830,930,1030)에서 상기 재귀반사 구역(32,132,232,332a-e,432,732,832,934a-c,1032) 사이에 각각 위치하는 복수 개의 분리 구역(34,134,234,334a-e,434,734,834,934a-c,1034)
    을 구비하며,
    상기 광재정향 구조(122a-b,222a-b,324a-f,422,522a-b,724,722,822a-b,842a-b,922a-c,1024)는 실질적으로 집속(集束) 능력이 없으나, 상기 제1면(20,120,220,320,420,520,620,720,820,920,1020)의 제1 구역에 소정 각도로 입사하는 빛의 대부분을 상기 제2면(30,130,230,330,430,530,630,730,830,930,1030)의 제2 구역으로 재정향시키며, 상기 제2 구역은 상기 제1 구역보다 더 작은 것을 특징으로 하는 재귀반사구.
  2. 제1항에 있어서, 상기 재귀반사 구역(32,132,232,332a-e,432,732,832,934a-c,1032)과 분리 구역(34,134,234,334a-e,434,734,834,934a-c,1034)은 상기 제2면(30,130,230,330,430,530,630,730,830,930,1030)에 교번 컬럼으로서 배치되고, 이들 컬럼은 제1축과 대체로 나란하며 이들 컬럼의 폭은 상기 제1축과 거의 직교하는 것을 특징으로 하는 재귀반사구.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2면(30,130,230,330,430,530,630,730,830,930,1030) 상의 재귀반사 구역(32,132,232,332a-e,432,732,832,934a-c,1032)과 분리 구역(34,134,234,334a-e,434,734,834,934a-c,1034)은 반복 패턴으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 재귀반사구.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 복수 개의 재귀반사 구역(32,132,232,332a-e,432,732,832,934a-c,1032)의 각각의 폭은 상기 복수 개의 분리 구역(34,134,234,334a-e,434,734,834,934a-c,1034)의 각각의 폭과 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 재귀반사구.
  5. 제2항에 있어서, 상기 복수 개의 광재정향 구조(122a-b,222a-b,324a-f,422,522a-b,724,722,822a-b,842a-b,922a-c,1024)는 상기 제1축과 대체로 나란한 컬럼으로서 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 재귀반사구.
  6. 제2항에 있어서, 상기 복수 개의 광재정향 구조(122a-b,222a-b,324a-f,422,522a-b,724,722,822a-b,842a-b,922a-c,1024)는 각각 실질적으로 평면인 각면(刻面)을 구비하는 것을 특징으로 하는 재귀반사구.
  7. 제6항에 있어서, 상기 복수 개의 광재정향 구조(122a-b,222a-b,324a-f,422,522a-b,724,722,822a-b,842a-b,922a-c,1024)는 복수 개의 각면 쌍을 구비하고, 각각의 각면 쌍은 각면 평면에 각각 위치하는 2개의 각면을 구비하며, 각각의 각면 쌍의 각면 평면은 교차선을 따라서 교차하고, 이들 각면 쌍의 교차선은 상기 제1축과 대체로 나란하며, 상기 제1면(20,120,220,320,420,520,620,720,820,920,1020)과 제2면(30,130,230,330,430,530,630,730,830,930,1030)은 대체로 평면인 것을 특징으로 하는 재귀반사구.
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