KR20010024273A - 2중 용도의 반사성 물품 - Google Patents

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KR20010024273A
KR20010024273A KR1020007003161A KR20007003161A KR20010024273A KR 20010024273 A KR20010024273 A KR 20010024273A KR 1020007003161 A KR1020007003161 A KR 1020007003161A KR 20007003161 A KR20007003161 A KR 20007003161A KR 20010024273 A KR20010024273 A KR 20010024273A
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체크테어도르제이
나카지마토시타카
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스프레이그 로버트 월터
미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링 캄파니
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Abstract

반사성 물품은 반사성 요소의 제1 및 제2 배열을 포함하는 구조화된 표면을 구비한다. 제1 배열은 입사광을 재귀 반사 광선으로 반사시키도록 배치된 적어도 제1, 제2 및 제3 반사면이 구비되는 요소를 포함한다. 제2 배열은 2°보다 큰 관찰각에서 입사광을 제2 광선으로 반사시키도록 배치된 적어도 제4, 제5 및 제6 반사면이 구비되는 요소를 포함한다. 표지에 응용되는 경우, 제2 광선은 정지된 광원으로부터 방출되는 빛일 수 있으며, 제2 광선은 관심을 갖는 관찰 영역을 조명하기에 적합한 방향과 광선 폭을 갖는다. 재귀 반사 광선은 차량 전조등과 같은 이동 광원으로부터 방출되는 빛일 수 있다. 이러한 물품을 포함하는 판재는 적절한 정지 강원으로부터의 외부 광원이 사용될 수 있는 장소와 그러하지 않은 장소에서 모두 사용될 수 있다.

Description

2중 용도의 반사성 물품{DUAL USE REFLECTIVE ARTICLE}
표지에 적용하기 위한 재귀 반사성 판재의 사용이 공지되어 있다. 본 명세서에서 사용되는 "재귀 반사성"이라는 용어는 입사광을 그 입사 방향과 역평행 방향 또는 거의 그러한 방향으로 반사시킴으로써 빛을 광원 또는 바로 그 근처로 돌려보내는 특성을 의미한다. 공지된 판재의 구성에서는 반사성 피복과 관련하여 소형 유리 구체를 사용하거나, 다른 방법으로서 입방체 모서리 배열을 사용하여 입사광을 반사시킨다. 이들은 소정의 입사각의 범위에 대하여 특정 광도를 제공하도록 설계된다. 설계의 목적에 있어서, 차량 운전자와 차량 전조등 사이의 대표적인 각도상 간격은 2°미만으로 고려되며, 여러 판재의 구성에서 재귀 반사성 광도는 좁은 0.2°의 관찰각에서 특정된다. "관찰각(observation angle)" 및 "입사각(entrance angle)"이라는 용어는 그밖의 관련 용어와 함께 상세한 설명의 끝부분에서 정의한다.
도 1a는 차량이 도로의 측면에 배치된 고속도로 표지(2)에 접근하는 대표적인 경우를 도시하고 있다. 전조등으로부터 방출된 빛의 일부(4)는 표지(2)의 전면에 설치된 재귀 반사성 판재(6)에 소정의 입사각(β)으로 입사된다. 판재(6)는 예를 들어 3M 컴패니가 판매하는 스카치라이트(ScotchliteTM)라는 상표명의 다양한 반사성 판재 중의 하나로서, "엔지니어 등급(Engineer Grade)" 또는 "고광도 등급(High Intensity Grade)"과 같은 것일 수 있다. 판재(6)는 운전자의 눈(10)을 포함하는 좁은 원추(8) 범위 내로 입사광을 재귀 반사시킨다. 이 원추(8)의 각도상 절반 폭(12)은 중심 최대 광도로부터 최대 광도의 10%인 지점까지 측정하는 경우 표준 "엔지니어 등급" 판재에 대하여 약 1.7°이고 표준 "고광도 등급" 판재의 경우 약 0.75°이다. 차량이 도로에서 참조 부호 14로 표시된 방향을 따라 진행함에 따라, 입사각(β)은 증가하고, 원추의 중심은 차량의 전조등 상에 유지된다. 재귀 반사된 빛은 비교적 좁은 원추에 제한되기 때문에, 표지에 의해 인지되는 광도는 비교적 높고, 관찰자의 눈의 광원에 대한 각도상의 근접성에 의존한다.
도 1b에는 PCT 공보 WO 96/04638호에 기재된 것과 유사한 다른 배열이 도시되어 있다. 표지(2)는 정지 상태의 광원(16)에 의해 조사되며, 이 광원은 표지의 일부에 대해 약 0°내지 30°의 입사각으로 배치되어 있다. 표지 전면의 재귀 반사성 판재(18)는 빛을 넓은 원추로 반사시키고, 이 원추는 0°내지 40°범위의 관찰각에 의해 정의된다. 반사광의 원추는 충분히 넓어서 도로의 방향(14)을 따라 이동하는 관찰자 또는 운전자(10)를 포함한다.
본 명세서에는 도 1b의 배열과 유사한 배열을 개선할 수 있으며, 한편으로는 도 1a에서와 같은 바람직한 재귀 반사 특성을 유지하는 물품에 대하여 기재하고 있다. 도 1c에 도시된 바와 같이, 광원(16)으로부터의 빛(4)은 반사성 물품(20)에 소정의 입사각(β)으로 입사한다. 반사성 물품(20)은 빛을 바람직하게는 2개의 광선(22, 24)으로 재배향한다. 물품(20)은 광선(24) 중의 하나가 관찰 영역(26)으로 향하고 그 전체를 비추도록 구성된다. 종래의 구성에 따른 광원(16)은 관찰 영역의 바깥쪽에 배치된다. 이용하지 못하는 빛을 줄이고, 이로써 관찰 영역을 조사할 수 있는 빛의 양을 증가시킴으로써 효율이 향상된다. 관찰되지 않는 광선(22)에 대한 관찰된 광선(24)의 광도는 물품에서 반사성 요소를 사용함으로써 향상될 수 있으며, 이 물품은 종래의 입방체 모서리 요소와 비교하여 비직교성이 매우 높은 반사면을 구비한다.
본 발명은 일반적으로 고속도로 표지와 같은 현시성이 요구되는 응용 분야에서 사용되는 물품에 관한 것으로서, 구체적으로는 편축(off-axis) 정상 광원이 그러한 표지를 조명하기 위해 사용되는 경우에 적용된다.
도 1a-b에는 공지된 재귀 반사성 판재에 대한 대표적인 관찰 및 조명 계획이 도시되어 있다.
도 1c에는 본 명세서에 기재된 반사성 물품에 대한 관찰 및 조명 계획이 도시되어 있다.
도 2에는 기재된 반사성 물품의 구조화된 표면의 확대된 평면이 도시되어 있다.
도 3에는 구조화된 표면에 있는 2개의 반사면의 다른 확대 측면도가 도시되어 있다.
도 4a-c에는 실시예로서의 반사체의 반사 특성이 도시되어 있다.
도 5에는 실시예로서의 반사체의 조명 및 관찰 기하학이 도시되어 있다.
도 6에는 광원 및 관찰 영역에 대하여 적절한 위치에 설치된 반사성 판재와 같은 반사성 물품이 도시되어 있다.
도 7a는 실시예로서의 반사체의 측정된 발산 프로파일의 도면이다.
도 7b는 관찰 영역이 중첩되어 도시된 도 7a의 확대 부분도이다.
도 8은 실시예로서의 반사체의 예상 발산 프로파일의 도면이다.
도 9는 다른 반사성 물품의 예상 발산 프로파일의 도면이다.
도 10a-j는 1°증분에서 90°이하인 하나의 2면각이 있는 반사성 요소를 구비하는 소정의 반사성 물품에 대한 예상 발산 프로파일의 일련의 도면이다.
도 11a-j는 1°증분에서 90°이상인 하나의 2면각이 있는 반사성 요소를 구비하는 소정의 반사성 물품에 대한 예상 발산 프로파일의 일련의 도면이다.
도 12a-b는 실시예로서의 반사체와 상이한 홈 간격을 구비하는 반사성 물품에 대한 예상 발산 프로파일의 도면이다.
도 13은 90% 반사도의 피복을 구비하는 구조화된 표면을 제외하고는 실시예로서의 반사체와 유사한 반사성 물품에 대한 예상 발산 프로파일의 도면이다.
도 14는 적어도 2개의 상이한 반사성 요소의 배열을 구비하는 반사성 물품의 평면도이다.
도 15는 광원과 관찰 영역에 대하여 적절한 위치에 설치된 2중 용도의 반사성 물품을 도시한다.
도 16은 반사성 및 재귀 반사성 요소 모두를 조합하여 만들 수 있는 종래 기술에 따른 구조화된 표면의 확대 평면도이다.
도 17은 반복되는 형상으로 분포된 다양한 반사성 요소를 조합한 구조화된 표면의 일부에 대한 확대 평면도이다.
도 18은 도 17을 간략하게 도시한 것으로서, 상이한 종류의 반사성 요소를 표시한다.
도 19는 도 17의 구조화된 표면을 후면으로서 구비하는 물품에 대한 예상 발산 프로파일의 도면이다.
도면에서, 동일한 참조 부호는 편리성를 위해 동일하거나 동일 또는 유사한 기능을 수행하는 요소를 나타내기 위해 사용되었다. 사각형 내부에 기재된 숫자는 cd/lx/m2단위로 나타낸 광도 수준을 표시한다.
본 명세서에는 반사성 요소의 제1 및 제2 배열(array)을 포함하는 구조화된 표면을 구비하는 반사성 물품에 대해 기재되어 있다. 제1 배열은 입사광을 재귀 반사되는 광선으로 재귀 반사시키도록 배열된 적어도 제1, 제2 및 제3 반사면을 구비하는 요소를 포함한다. 제2 배열은 입사광을 2°보다 큰 관찰각에서 제2 광선으로 반사시키도록 배열된 적어도 제4, 제5 및 제6 반사면을 구비하는 요소를 포함한다. 표지에 적용하는 위한 판재에서 물품을 사용하는 경우에, 제2 광선은 정지 상태의 광원으로부터 방출되는 빛일 수 있으며, 제2 광선은 관찰 영역을 조사하고, 재귀 반사된 광선은 차량의 전조등과 같이 이동 광원으로부터 방출된 빛일 수 있다.
도 2는 제조되고 반사적 특성이 측정된 실시예로서의 반사성 물품의 구조화된 후면(28)에 대한 평면도이다. 이 물품은 후면의 반대쪽에 있는 전면(30)(도 4a-c 참조)을 구비하고, 이를 입사광 및 반사광이 통과한다. 후면(28)에 형성된 4면체 프리즘(32, 34)의 배열은 입사광을 반사시킨다. 각 프리즘(32, 34)은 기본 삼각형에 대하여 배열되고 참조 번호 36b, 38b, 40b 및 36a, 38a, 40a로 각각 표시된 상호 반사성 표면을 구비한다. 주어진 프리즘의 적어도 2개의 반사성 표면은 비직교성이 매우 높은 2면각으로 배열되어 바람직하게는 소정 배향인 입사광에 대하여 2개의 광선 중의 하나로 반사광을 안내한다. 바람직하게는, 단지 2개의 반사면이 그렇게 배열되고, 나머지 반사면 쌍은 직교성으로부터 비교적 작은 정도로 벗어난다. 물품이 단일 구성이어서 기본 삼각형이 2개의 층 사이의 물리적 경계에 대응하지 않는 경우에, 사면체 프리즘은 삼면체 프리즘으로도 고려될 수 있다.
프리즘(32, 34)은 복수개의 평행한 홈(groove) 세트(36, 38, 40)에 의해 경계가 형성된다. 홈 세트는 바람직하게는 동일 평면 상에 있고, 각 홈 세트는 다른 2개의 홈 세트와 약 60°의 끼인각으로 교차하여 프리즘(32, 34)을 위한 정삼각형을 한정한다. 각 쌍의 인접하는 표면 사이의 2면각이 90°인 절두된 입방체 모서리를 형성하기 위해서는, 모든 홈이 약 70.5288°인 홈 정면각(full angle)(홈의 저면에서 교차하는 2개의 대향하는 프리즘 표면 사이의 2면각, 예를 들어 36a, 36b)을 구비하여야 한다. (홈 측면각은 따라서 약 35.2644°가 된다.) 실시예로서의 물품은 그 대신에 이들 직교성을 형성하는(orthogonal-producing) 각으로부터 상당히 이탈된 홈 각을 사용하였다. 홈 세트(36)의 모든 홈들은 직교성을 형성하는 홈 정면각보다 10°큰 (즉, 약 80.5288°의) 홈 정면각을 사용하고, 홈 세트(38, 40)의 모든 홈들은 직교성을 형성하는 홈 정면각보다 10°작은 (즉, 약 60.5288°의) 홈 정면각을 사용하였다. 결과로서의 4면체 프리즘(32, 34)은 비직교성이 매우 높은 반사성 표면-특히, 프리즘(32)의 표면(38b, 40b) 및 프리즘(34)의 표면(38a, 40a)-을 구비하였으며, 실시예로서의 반사체 및 이상적인 입방체 모서리형 재귀 반사체 사이의 2면각과 비교하여 다음의 표 1에서 나타내었다.
프리즘 2면각 (도)
프리즘 표면 실시예인 반사체 입방체 모서리 차이
38a, 40a 83.1662 90 -6.8338
36a, 38a 89.7824 90 -0.2176
36a, 40a 89.7824 90 -0.2176
38b, 40b 83.1662 90 -6.8338
36b, 38b 89.7824 90 -0.2176
36b, 40b 89.7824 90 -0.2176
도 3에는 표면(38a, 40a) 또는 표면(38b, 40b)과 같은 비직교성이 매우 높은 반사면이 직교성 입방체 모서리형 표면(42', 44')과 비교하여 도시(축적은 무시됨)되어 있다. 2면각은 90°로부터 2°이상 벗어나며, 더 바람직하게는 적어도 약 4°벗어나고, 가장 바람직하게는 약 6° 내지 8°벗어나며, 이에 의해 본 명세서에 기재된 유리한 비대칭적 반사 특성을 나타낸다.
4면체 프리즘(32, 34)은 각 홈 세트(36, 38, 40)에 대해 180°회전 대칭성을 나타내며, 이에 따라 이러한 각 홈 세트에 대하여 프리즘의 "정합 쌍(matched pair)"을 형성한다. 정합 쌍은 하나의 프리즘(32) 및 하나의 프리즘(34)으로 구성된다. 따라서, 후면은 조밀하게 배치된 정합 프리즘 쌍으로 구성된 것처럼 보인다. 프리즘(32, 34)은 또한 홈 세트(36)에 대해 거울상 대칭성을 나타낸다. 홈 세트(36)는 프리즘이 이에 대하여 회전 및 거울상 대칭성 양자 모두를 나타내기 때문에 "제1" 홈 세트로 표시된다.
비직교성이 매우 높은 반사면을 구비하는 것에 추가하여, 실시예로서의 반사체는 각 홈 세트(36, 38, 40)에 대하여 0.001 인치(25.4 ㎛)의 매우 작은 홈 간격을 사용하였다. 이 크기는 가시 스펙트럼의 대략 중앙에 있고 사람 눈의 감도가 최대치를 나타내는 550 nm의 가시광의 약 50개의 파장이 된다. 반사성 피복은 실시예로서의 반사체의 후면에 도포되지 않았으며, 이하에서 설명하는 바와 같이, 프리즘 표면을 외기에 노출시켜 전 내부 반사(TIR)가 프리즘 표면에서 발생할 수 있도록 하였다. "외기"에는 표준 압력하의 대기 기체 뿐만 아니라 진공 상태도 포함된다.
프리즘(32, 34)은 다이아몬드 공구 또는 그 밖의 적절한 과정을 사용하여 기판 상에 복수개의 교차하는 홈 세트(36, 38, 40)를 직접 기계 가공함으로써 마스터 몰드에 형성된다. 마스터 몰드 기판은 바람직하게는 구리 또는 버링(burring)이 일어나지 않는 그밖의 적절한 재료로 만들어진 단일 기판이다. 다음에 반사성 물품은 종래의 방법으로 제조된다. 먼저 마스터 몰드의 부의(negative) 복제품이 제조된다. 이 부의 복제품은 "스탬퍼(stamper)"라고 한다. 이어서, 스탬퍼의 부의 복제품이 후면 또는 구조화된 표면이라고 정의되는 투명한 판재의 한쪽 표면에 제조된다. 따라서, 반사성 물품은 마스터 몰드의 정의(positive) 복제품인 후면을 구비한다. 실시예의 반사성 물품은 폴리카보네이트 재질이고 두께가 0.41 mm인 마스터 몰드의 정의 복제품이였다. 반사성 판재용으로서 기판의 두께는 약 1 mm 미만인 것이 권장되는데, 이는 저장과 수송이 용이하도록 롤에 판재를 감기 위해 바람직하다. 이러한 판재는 설치가 용이하도록 홈 세트 중의 하나, 바람직하게는 제1 홈 세트와 직교 또는 평행하는 방식으로 정렬된 가장자리를 구비한다. 폴리카보네이트의 굴절률은 스펙트럼의 가시부, 약 400 내지 700 nm의 범위에서 약 1.6이다. 폴리카보네이트의 분산도는 상대적으로 낮으며, 아베(Abbe)치가 34이다. 관련된 파장 범위에서 다양한 반사율 및 분산치를 갖는 투명 재료가 사용될 수 있다. 대부분의 응용 분야에서는, 가시 광선의 범위에서 상대적으로 낮은 분산도를 갖는 유연하고, 내구성이 있는 재료가 바람직하다. 중합체는 저렴하고 제조하기 용이하기 때문에 일반적으로 선호된다. 다른 실시예에서, 고형 프리즘은 폴리카보네이트와 같은 하나의 재료로 구성될 수 있으며, 프리즘의 기본 삼각형은 더 유연하고 투명한 재료로 구성된 얇은 기층과 접촉할 수 있고, 2층 구조는 유연성이 향상된 판재를 제공한다. 이런 물품은 미국 특허 제5,175,030호(루 등) 및 제5,183,597호(루)에 기재되어 있는 것과 같은 주조 또는 경화 기술에 의해 제조될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 "부의 복제품"이란 용어는 주어진 표면의 복제품을 의미하는데, 이 복제품은 주어진 표면의 형태와 상보적인 반전된 형태를 구비하여 부의 복제품과 주어진 표면은 서로 정합하는 접촉 상태를 형성할 수 있다. 주어진 표면의 "정의 복제품"은 짝수개인 일련의 주어진 표면에 대한 부의 복제품으로부터 제조되는 물품을 의미한다. 또한, 정 및 부의 복제품 모두는 전술한 설명과 등방성 비례 인자에 의해서만 상이한 확대 또는 축소된 물품을 포함한다.
실시예인 반사체의 광학 특성
도 4a-c에는 실시예로서의 반사체의 반사 특성을 측정하는 시험의 결과가 간략하게 도시되어 있다. 이들 도면에서, 참조축(48)은 실시예인 반사체(50)의 편평한 전면(30)에 대하여 수직으로 도시되어 있다. 후면(28)에 있는 제1 홈 세트(36)는 선(52)을 따라 배향된다. 화살표(4)는 슬라이드 프로젝터로부터 입사되는 가시 백색광을 나타낸다. 각(β)은 입사광의 입사각이며 각(α)은 주어진 반사 광선의 관찰각이다. 도 4a에서, 빛은 지면(紙面)에 수직이고 참조축(48)을 포함하는 평면에서 아래로부터 β11.5°로 입사되었다. 2개의 반사 광선(54, 56)은 입사 광선의 반대쪽에서 약 18°인 관찰각(α)으로 관찰되었다. 광선(54, 56)의 측정된 광도는 10% 범위 내에서 동일하다. 광선(54)은 2.07E+4 cd/m2이었고 광선(56)은 1.87E+4 cd/m2이었다. 도 4b에서, 빛은 도시된 바와 같이 대체로 참조축(48)의 우측으로부터 입사각 β25.5°로 입사되었다. 2개의 반사 광선(58, 60)을 다시 관찰하였는데, 놀랍게도 광선들 중의 하나가 다른 하나 보다 훨씬 밝았다. 광선(58)은 약 α18°에서 광도가 광선(60)의 경우보다 7배 이상인 것으로 측정되었고, 광선(60)은 α21°로 배치되었다. 측정된 광도는 각각 1.17E+4 및 1.49E+3 cd/m2이었다. 도 4c에서, 빛은 역시 참조축(48)의 다른쪽으로부터 입사각 β25.5°로 입사되었다. 2개의 반사 광선은 다시 관찰되었고, 마찬가지로 하나의 광선이 다른 광선보다 7배 이상 밝았다. 도 4c에서 α18°인 광선(62)은 광도가 1.15E+4 cd/m2 으로 측정되었고, α21°로 배치된 광선(64)은 1.46E+3 cd/m2 이었다. 주목할 것으로서, 반사 광선(54, 56, 58, 60, 62, 64)은 광원으로 복귀하는 재귀 반사성 광선이 아니며, 물품의 전면에서의 단순한 거울식 반사에 기인하는 "번쩍임(glare)"도 없다. 또한, 도 4b 및 4c에서, 밝은 쪽의 반사 광선은 각 입사 광선 및 다른 반사 광선보다 참조축에 더 가깝다(즉, 축으로부터의 편향 각도가 더 작다).
요약하면, 실시예인 반사체는 입사광을 광원으로부터 멀어지는 2개의 주된 반사 광선으로 분할하는 것으로 관찰되었다. 또한, 도로 옆에 설치된 광원이 도로 위에 배치된 표지를 조명하는 경우와 같이 입사각이 소정의 둔각인 경우에, 반사체는 광원의 하나의 측면쪽에 다른 측면쪽보다 광도가 더 높은 광선을 발생시킨다. 유리하게도, 고광도 광선은 참조축을 향하여 안내되는데, 도로와 예상되는 관찰자는 일반적으로 그곳에 배치되어 있다.
동일한 실시예로서의 물품의 분산 프로파일은 도 5에 도시된 바와 같이 상이한 조면 기하학에서 측정되었다. 광원(16)은 입사각 β18°로 배치되었고, 제1 홈 세트(36)에 평행한 기준 표지(65)에 대하여 배향각 ω18°이었다. 가시 광선 감지기(66)는 소정 영역을 주사하여 반사 광도를 관찰각 α와 표시각 γ의 함수로서 도시하였다.
도 5의 조명 기하학은 도 6에 도시된 표지 배치를 모의 실험하기 위해 사용되었다. 도 6에서, 표지(68)는 도로 또는 도로 위쪽의 평균 관찰자의 눈의 높이에 있는 평면에 대응하는 참조면(70)으로부터 소정의 높이(H1)에 배치되었다. 참조면(70)에 배치된 3개의 고정된 관찰 영역(Z1, Z2, Z3)은 도로 상의 차선에 대응하며, 관찰자는 그 길이 방향을 따라 이동한다. 이들 영역은 폭(W)이 동일하며 돌출된 표지 위치로부터 길이 방향의 간격(D1, D2)을 두고 전방 경계와 후방 경계를 구비한다. 표지(68)는 중앙 영역(Z2)의 길이 방향 2등분선에 대하여 정렬된다. 간격(D3, D4)과 참조면(70) 위쪽의 높이(H2)는 광원(16)의 위치를 특정하는데, 광원은 도로의 측면쪽에 관찰 영역 바깥쪽으로 배치된다. 표 2는 도 6에서 표시된 간격에 대한 설계치를 미터로 표시한 것이다.
H1 H2 W D1 D2 D3 D4
5.9 3.8 3.6 50 200 20 0.75
도 5의 감지기로 측정한 데이터를 도시하면 실시예인 반사체에 대하여 도 7a에 도시된 것과 같은 분산 프로파일을 얻을 수 있다. 등광도 곡선은 광도치의 면에서 간격이 동일하다. 충분한 수의 곡선에 대하여 광도치를 cd/lx/m2단위로 표시하여 그밖의 곡선의 광도치를 알 수 있도록 하였다. 광도치 표시는 통상의 참조 부호와 구별하기 위하여 사각형 내에 기재하였다. 도표의 중심점(72)은 광원으로 직접 복귀하는 재귀 반사에 대응한다. 다른 점(74)은 참조축(48)에 대응한다. 중심(72)과 점(74)을 지나는 선분은 표시각 γ를 측정하는 기준이 된다. 점(72)를 중심으로 하는 동심원은 기준을 위한 것으로서 관찰각 α를 나타낸다.
의미있는 빛 - 즉, 이상적인 램버티안(lambertian) 표면으로부터의 화산 반사의 양, 선택된 배경 또는 기준 강도 수준, 예를 들어 0.5 cd/lx/m2이상의 빛 - 은 광원으로 약간만 재귀 반사되거나 전혀 재귀 반사되지 않는다. 그 대신, 실시예인 반사체는 2개의 구별되는 광선(78, 80)을 입사광의 양쪽에 발생시킨다. 도 7a에 도시된 "하부" 광선은 참조축(74)과 중첩되고 이를 포위한다. 하부 광선(78)은 광원(16)의 우측으로 영역(Z1-Z3)의 일반적인 방향(도 6 참조)으로 전파되고, "상부" 광선(80)은 광원(16)의 좌측으로 영역(Z1-Z3)에 있는 관찰자로부터 멀어지는 방향으로 전파된다. 도 4b-c에 도시된 결과에 상응하여, 광선(78)의 최대 광도는 광선(80)의 경우보다 높다. 그러나, 본 조명 기하학에 따라, 관찰된 비율은 약 2이고, 7보다 큰 이전의 관찰된 비율보다 작다. 측정된 최대 광도는 21 cd/lx/m2및 약 10 cd/lx/m2이다. 대조적으로, 현재 구입 가능한 구체식 판재(3M 컴패니가 판매하는 품목 번호 HV-8100)는 도 1b에 도시된 바와 같이 넓은 관찰 원추로 입사광을 반사하는데, 20°의 관찰각에서 약 0.5 cd/lx/m2의 광도를 나타낸다.
광선(78, 80) 사이의 광도 비대칭성에 추가로, 광선(78)이 광선(80)과 실질적으로 상이한 형태인 한에 있어서는 광선의 형태 비재칭성이 존재한다. 광선(80)은 2개의 상대적 최대치를 구비하고, 양자 모두 대략 동일한 관찰각으로 배치되지만 표시각에서는 이동되어 있는데, 그 정도는 2개의 최대치의 광도의 절반보다 작은 광도의 영역에 의해 구분되는 2개의 분리된 로브(lobe)가 식별될 수 있는 만큼이다. 광선(78)은 또한 대략 동일한 관찰각으로 배치되고 표시각에서는 이동되어 있는 2개의 상대적 최대치를 구비한다. 그러나, 광선(78)의 상대적 최대치들 사이의 영역의 광도는 2개의 최대치의 광도와 20% 미만 정도로 다르고, 결과적으로 광선(80)과 비교하여 균일한 광선 프로파일을 형성한다.
도 7b에는 도 7a의 확대된 부분에 중첩하여 관찰 영역 윤곽(Z)을 도시하고 있다. 윤곽(Z)은 영역(Z1, Z2 또는 Z3) 내의 임의의 위치에 있는 차량 운전자의 위치를 α,γ좌표로 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이, 실시예인 반사체는 영역 윤곽(Z)을 4 cd/lx/m2, 일부 위치에서는 20 cd/lx/m2또는 그 이상까지의 최소 광도로 비춘다. 관찰각에서 광선(78)의 양 또는 "폭"은, 4 cd/lx/m2에서 측정되고, 영역 윤곽(Z)의 관찰각에서의 양보다 2배인 인자 범위 내에 있다. 표시각에서의 광선(78)의 "폭"은 유사하게 측정되고, 영역 윤곽(Z)의 경우보다 대략 2배 내지 3배이다. 이 측정에 의해, 광선(78)의 크기는 관찰 영역과 합리적으로 잘 조화된다. 실시예인 반사체의 효율은 광선(78)의 크기를 관찰 영역과 이렇게 정합시키는 것과, 둔각인 입사각에 대한 비대칭적 특성과, 반사체의 낮거나 무시할 수 있는 재귀 반사성에 의해 향상된다.
약간 수정된 구조화된 표면을 구비하는 다른 반사체를 제조하거나, 다른 방법으로서 광원(16)을 단순히 이동시키거나 가능하다면 상이한 입사각(β) 및/또는 배향각(ω)을 갖는 새로운 위치로 이동시킴으로써 영역(Z) 및 광선(78)의 상대적 위치를 이동시킬 수 있다. 이런 방식으로, 영역(Z)의 조명은 광원의 위치를 약간 조정함으로써 최대 평균 광도 또는 최선의 균일성에 대하여 최적화될 수 있다. 또한, 이는 예를 들어 머리 위쪽 및 도로 측부에 설치된 표지와 같이 표지에 대한 관찰 영역의 크기와 위치가 상이한 2개의 상이한 응용 분야에서 동일한 판재를 사용할 수 있도록 허용한다. 빛이 광원으로부터 반사체의 표면을 통과하여 β,ω값의 소정 범위에 걸쳐 소정량 입사하기 위해서, 그 범위 내에 있는 어떤 주어진 β,ω에 대해서도 반사 광선(78)은 영역(Z)보다 약간 큰 것이 바람직하다.
다른 실시예의 컴퓨터 모델링
전술한 실시예로서의 반사체와 상이한 다른 반사성 요소 구조를 시험하는 것이 바람직한 경우, 바람직한 구조의 고정밀 몰드를 제조하고, 몰드로부터 반사성 판재를 제조하며, 판재로부터 직접 측정을 할 수 있다. 종래의 염가인 다른 요소는 주어진 바람직한 구조의 분산 프로파일과 같은 광학 특성을 예측하기 위해 컴퓨터 프로그램이나 모델을 사용하여야 한다. 이러한 후자의 접근 방법은 다른 반사체 설계를 시험하기 위해 사용되었다.
사용된 컴퓨터 모델은 반사, 굴절 및 회절 효과를 고려한다. 반사성 요소의 표면으로부터의 반사는 s- 및 p-편광된 빛 사이의 차이를 고려하였다. 모델은 다양한 프리즘 요소의 기본 삼각형을 균일하게 가로질러 필요한 입사각 및 배향각을 구비하도록 개별적인 광선의 배열을 설정하였다. 계산된 출력 광선은 분산 프로파일을 형성하도록 처리되었다. 특히 언급하지 않는 경우에는, 가시 스펙트럼의 대략 중앙에 있는 빛의 파장, ∼550 nm가 사용되고, 반사율은 1.6을 사용한다.
도 8에는 전술한 바와 같은 실시예로서의 물품의 구조와 조명 기하학 β= 18°, ω= 18°에 대한 계산된 분산 프로파일이 도시되어 있다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 중심점(72)은 완전 재귀 반사를 나타내며, 점(74)은 반사체에 수직인 참조축(48)을 나타내고, 선분(76)은 γ= 0°에 대응된다.
도 8의 계산된 분산 프로파일을 도 7a의 관찰된 프로파일과 비교하면, 주어진 구조화된 표면 기하학의 분산 프로파일에 대하여 일반적인 결론을 이끌어내기 위해 컴퓨터 모델에 의존할 수 있다는 것을 알 수 있다. 첫째, 전체적인 2광선 형상은 광선이 입사광 방향의 양쪽으로 배치되는 경우 관찰된 형태에 거의 근접한다. 둘째, α18°에서 각 광선에 대한 우세한 최대치의 관찰각 좌표는 관찰된 값에 가깝다. 셋째, 광선의 표시각 좌표는 관찰된 광선과 대체로 일치하며, 다만 α7°,γ90°에서 관찰된 상부 광선에서 세장(細長) 특성이 나타난다. 넷째, 두 도면 모두 하부 및 상부 광선 사이의 광선 형태에서 점(72)에 대하여 비대칭을 나타낸다. 비록, 계산된 광선 형태와 관찰된 것 사이에 세밀한 점에서는 차이가 있지만, 두 경우 모두 하부 광선의 범위는 10°와 15°사이의 각 Δα와, 약 40°와 50°사이의 표시각 Δγ이며, 2 cd/lx/m2인 광도 수준에서 측정된다. 이 광 수준은 도 7a에서 광선(78)의 최대 광도의 약 10%가 된다.
관찰된 광선과 계산된 광선과의 차이에는 광선 내의 상대적 최대치의 수와 정확한 위치의 상세한 사항이 포함된다. 더 중요한 것은, 도 8의 계산된 분산 프로파일은 도 7a에서 관찰된 2라는 인수와 대조적으로 2개의 반사 광선의 최대 광도가 대략 동일하게 나타나는 것이다.
컴퓨터 모델의 적응성과 한계를 고려하면서, 추가의 계산된 분산 프로파일을 실시예인 반사체의 경우와 상이한 반사성 요소에 관하여 논의함으로써, 그 반사체의 구조화된 표면에서 변화의 효과를 보인다. 특히 언급되지 않는 경우에는, 조명 기하학은 도 8의 경우와 동일하다.
도 9를 참조하면, 대략 {81.47°, 60.28°, 60.28°} 인 홈 정면각이 사용되고, 결과적으로 4면체 프리즘 표면 사이의 2면각이 대략 {83°, 90°, 90°} 이 되는 것을 제외하고는 실시예인 반사체와 동일한 물품에 대하여 분산 프로파일이 도시되어 있다. 이들 수치는 대략 {83.2°, 89.8°, 89.8°} 인 실시예의 2면각과 비교될 수 있다. 도 9를 도 8과 비교하면, 2면각에서 0.2°의 변화에 의해 입사광 방향의 양쪽에 서로 비대칭 형태인 2개의 일반적인 반사 광선으로 빛을 다시 반사시키는 물품이 형성되는 것을 알 수 있다. 도 9의 광선은 도 8의 광선과 유사한 α,γ좌표를 갖는다. 그러나, 도 9의 하부 광선은 도 8의 경우보다 공간적으로 덜 균일하다. 도 9의 하부 광선은 더 뚜렷한 2-로브 광선 형태를 가지며, 한 로브의 중심은 거의 참조축(74) 상에 있다.
도 10a-10j를 참조하면, 2면각이 90°로부터 편이하는 정도가 감소하는 것의 효과가 1°증분으로 도시되어 있다. 홈 각도는, 구비된 각 4면체 프리즘이 단일의 1°편이를 갖는, 다시 말해 2면각이 {89°, 90°, 90°} 인 구조화된 표면을 도 10a가 나타내고, 2°편이, 즉 {88°, 90°, 90°} 의 2면각의 경우를 도 10b가 나타내며, 기타 도면도 이런 방식이 되도록 도입된다. 도 10g는 도 9와 동일하다. 도시된 바와 같이, 2개의 반사광 사이에서 어떤 인지할 수 있는 비대칭성이라도 관찰되려면 편이는 약 2°내지 3°보다 커야한다. 따라서, 적어도 도 10d-j의 반사성 물품은 본 명세서에서 "비직교성이 큰" 반사성 표면이 있는 반사성 요소를 구비하는 것으로 기재된다. 약 7°또는 그 이상의 편이에 대하여 하부 광선은 2개의 구별되는 로브 또는 딸 광선(daughter beams)으로 (2 cd/lx/m2의 수준에서) 변화하는데, 이들은 단일의 대형 관찰 영역을 균일하게 조명하기에는 적절하지 이상적으로 적절하지 않지만, 다른 응용에는 유용할 수도 있다.
도 11a-j는 90°로부터의 2면각 편이가 1°증분에서 반대 극성인 것을 제외하고는 각각 도 10a-j와 유사하다. 따라서, 도 11a는 2면각이 {91, 90, 90} 인 프리즘에 관련되고, 도 11j는 2면각이 {100, 90, 90} 인 프리즘에 관련된다. 인지할 수 있을 정도의 비대칭성이 관찰되기 위해서는 역시 약 2°내지 3°보다 큰 편이가 있어야 한다. 주목할 것은, 하부 반사 광선은 유리하게도 상부 광선보다 큰 계산된 광도치를 갖는다는 것이다. 도 10a-j에 도시된 거동과 유사하게, 약 8°를 초과하는 편이는 2 cd/lx/m2의 수준에서 하부 광선의 로브가 분리되도록 한다.
반사 광선의 각도량 또는 "폭" Δα, Δγ는 회절 효과의 함수이며, 따라서 사용된 빛의 파장에 대한 개별적인 반사 요소의 상대적 크기의 함수이다. 도 12a-b에는 0.001 인치와 다른 홈 간격을 구비하는 구조화된 표면에 대한 예상되는 가시 광선 분산 프로파일이 도시되어 있다. 또한, 홈 간격에서의 변화는 반사 광선의 방향에도 영향을 미친다. 따라서, 새로운 홈 정면각 및 대응하는 2면각이 이러한 효과를 최소한 부분적으로 보상하도록 선택된다. 도 12a에서, 3개의 홈 세트 모두의 홈 간격은 0.0015 인치(38 ㎛)까지 증가한다. 이 간격은 약 75개의 가시 광선의 파장과 같다. 홈 정면각은 3개의 홈 세트 각각에 대하여 {81.3621°, 59.6955°, 59.6955°}로 조정되고, {82.62°, 89.745°, 89.745°}의 2면각을 형성한다. 도 12b에서 홈 간격은 0.0007 인치(18 ㎛), 또는 약 35개의 가시 광선의 파장으로 감소한다. 2면각은 도 12a에서와 같다. 간격이 좁을수록 대체로 더 넓고 광선에 대해 횡방향으로의 광도 변화가 덜 급격한 하부 광선이 발생되는데, 이는 일부 응용 분야에서 유리하다. 간격의 폭이 넓을수록, 더 집중되고 불균일한 하부 광선이 형성되며, 이는 관찰 영역(Z)을 적절하게 조명하지는 못하지만 다른 응용 분야에서는 잘 작동할 수 있다. 도 6과 유사한 도로 기하학에 대하여, 홈 간격은 0.0004 내지 0.002 인치(10 내지 50 ㎛, 또는 20 내지 100개의 가시 광선의 파장)의 범위 내인 것이 일반적으로 바람직하다.
프리즘식 판재의 구조화된 표면을 금속재의 얇은 반사성 층으로 피복하는 것이 공지되어 있다. 판재가 비직교성이 높은 반사성 표면을 구비하는 경우에, 반사성 표면과 접촉하고 있는 이런 반사성 피막의 효과는 반사 광선의 총 광도를 감소시키는 것과 적어도 하부 광선의 폭을 축소시키는 것이다. 도 13에는 90% 반사도의 피막이 3개의 3개의 상호 반사성 프리즘식 표면의 각각에 피복된 것을 제외하고는 도 8의 경우와 동일한 반사체에 대한 예상되는 분산 프로파일이 도시되어 있다. 도면을 비교하면, 고광도와 공간적 균일성이 바람직한 경우, 반사성 표면을 피복되지 않은 상태로 유지하고 반사성 표면으로부터의 TIR에 의존하는 것의 이점을 알 수 있다.
60°가 아닌 각으로 서로 교차하는 홈 세트는 경사진 반사성 요소를 형성하기 위해 사용될 수도 있다. 홈은, 하나의 끼인각이 60°보다 크거나 아니면 하나의 끼인각이 60°보다 작은 기본 삼각형을 한정하기 위해 배열될 수 있다. 반사성 요소의 기본 삼각형은 2등변이거나 부등변일 수 있다. 홈 측면각은 적어도 2개의 비직교성이 큰 반사성 표면을 구비하는 4면체 프리즘을 형성하도록 전술한 바와 같이 선택된다. 다른 방법으로서, 평행하는 홈 세트에 의해 한정되지 않은 반사성 요소가 사용될 수 있는데, 이 요소는 당해 기술 분야에서 완전한 입방체 모서리형 요소라고 불리우며, 경사지거나 경사지지 않을 수 있다.
본 명세서에 기재된 원칙에 따라 제조된 판재와 같은 반사성 물품은 프리즘식 요소를 외기 중에서 밀봉하기 위하여 종래의 지지 재료를 사용할 수 있으며, 뿐만 아니라 접착층, 릴리즈 시이트를 사용할 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 참고 문헌으로서 포함된 미국 특허 제4,938,563호(넬슨 등)를 참조할 것. 또한, 반사층의 매끄러운 전면(30)을 피복하는 종래의 표면용 필름이 반사층을 손상시킬 수 있는 자외선을 흡수하기 위하여 사용될 수 있다. 착색제가 반사층 재료에 추가되거나 혼합되어 물품에 착색된 외관을 실현할 수 있다.
타일링(Tiling); 2중 용도 판재
정지 상태의 광원으로부터 관찰 영역으로 반사된 광선의 공간적 균일성은 반사성 물품의 구조화된 표면에 1 종류 이상의 어울리는 반사성 요소 쌍을 조합하여 향상되거나 다른 방식으로 수정될 수 있다. 동일한 물품에 여러 반사성 요소 배열을 타일링하거나 다른 방식으로 조합하고, 공지된 제조 방법을 사용함으로써, 사용된 각 반사성 요소 구조의 분산 프로파일의 평균(또는 사용된 상대 표면적에 따른 가중 조합)인 분산 프로파일을 구비하도록 판재를 제조할 수 있다.
도 14에는 인접하는 띠형 영역(82a)을 포함하는 판재(82)가 도시되어 있다. 각 영역(82a)은 반사성 또는 재귀 반사성인 한 종류의 요소의 배열로 채워진다. 영역(82a)은 약 50 mm 미만의 폭을 구비함으로써, 약 30 m 이상의 거리에서 보는 경우 각 영역을 식별할 수 없으며, 따라서 판재는 균일한 외관을 갖는다. 띠형이 아닌 형태, 예를 들어 사각, 정사각 및 다른 기하학적 형태도 역시 사용될 수 있다.
판재(82) 내에 재귀 반사성 요소의 영역 뿐만 아니라 반사성이지만 재귀 반사성은 아닌 전술한 것과 같은 요소의 영역도 포함함으로써 독특한 이점이 실현된다. 이러한 판재(82)는 도 15에 도시되어 있고, 2중 용도를 갖는다. 첫째, 판재(82)는 정지 상태인 광원(16)으로부터의 빛(84)을 관찰 영역(Z) 전체를 비추는 넓은 광선(86)으로 향하게 한다. 둘째, 판재(82)는 광원으로부터의 빛(88)을 이동하는 차량을 향해 이동하는 광원에 중심을 둔 좁은 광선(90)으로 재귀 반사한다. 따라서, 판재(82)는 고정된 광원이 표지를 적절한 각도에서 조명하는 장소와 이런 광원이 사용될 수 없는 장소 모두에 설치될 수 있다. 그런 광원이 제공되는 장소에서도, 정지 광원이 작동하지 않게 되는 경우에 재귀 반사성 영역은 표지가 차량 운전자에 대하여 가시 상태를 유지하는 것을 보장한다.
재귀 반사성 광선(90)의 중심은 차량의 이동 광원 상에 유지되기 때문에, 이런 광선(90)은 차량 전조등에 대한 운전자의 눈의 관찰각이 매우 작은 영역(Z)의 바깥쪽에서도 차량 운전자에 대하여 높은 가시성을 갖는다. 재귀 반사된 광선(90)은 미국 특허 제4,588,258호(후프만), 제4,775,219호(애플던 등) 또는 제5,138,488호(체크)에 기재된 것과 같은 종래의 입방체 모서리형 재귀 반사성 요소에 의해 형성되며, 입사광(88)의 방향에 대하여 대체로 약 2°의 관찰각으로 한정된다. 광선(86)은 전술한 바와 같이 비직교성이 매우 높은 반사 표면이 있는 반사 요소에 의해 제조되는 것이 바람직하지만, 소정의 경우에는 대칭성 반사 광선을 형성하는 요소도 역시 사용될 수 있다.
표 3에는 도 14의 물품(82)에 관한 하나의 가능한 구조가 나타나 있다. 이 구조는 매 7번째 띠형 영역마다 반복된다. 영역(82a)의 구조화된 표면은 직교하도록 제조된 35.2644°인 홈 측면각으로부터의 각 쌍의 홈 측면각의 편이의 관점에서 정의된다. 영역의 7분의 1은 재귀 반사성 요소에 의해 점유되며, 나머지 부분은 3개의 상이한 반사성 요소 구조에 의해 점유되어, 향상된 균일성과 더 넓은 폭을 갖는 반사 광선(86)을 형성시킨다. 이러한 타일링은 반사 광선(86)의 폭을 증가시키며, 각 반사성 요소 배열 단독으로는 관찰 영역을 충분한 양의 반사광으로 비출 수 없다.
홈 측면각 편이 (단위: 아크의 분)
띠형 영역의 번호 홈 세트 36 홈 세트 38 홈 세트 40
1 0 0 0
2 +200 -200 -200
2 +350 -350 -350
2 +400 -400 -400
표 4에는 매 2번째 띠형 영역마다 반복되는 다른 단순한 구조를 나타내고 있다. 이 구조는, {97°, 90°, 90°} 2면각과 종래의 입방체 모서리형 재귀 반사성 요소를 구비하는 도 11g와 관련된 반사성 요소의 교번 영역을 포함한다.
홈 측면각 편이 (단위: 아크의 분)
띠형 영역의 번호 홈 세트 36 홈 세트 38 홈 세트 40
1 0 0 0
1 -273 +289 +289
물품(84)의 구조화된 표면은 크기가 다른 개별적인 반사성 및/또는 재귀 반사성 요소를 구비할 수 있다. 예를 들어, 제1 영역(82a)에 있는 반사성 요소는 제1 홈 간격을 구비하고 제1 영역에 인접하는 제2 영역(82a)에 있는 반사성 요소는 상이한 홈 간격을 구비함으로써, 요소들의 크기가 달라진다. 마찬가지로, 재귀 반사성 요소는 반사성 요소보다 크거나 작을 수 있다.
다양한 반사성 및/또는 재귀 반사성 요소의 배열은 도 16(미국 특허 제5,600,484호 참조)에 도시된 종래 기술의 구조를 수정함으로써 서로 간격을 두고 배치될 수도 있다. 도시된 확대된 평면도에는 상이한 요소(92, 94, 96)의 3개의 배열이 도시되어 있다. 요소(94, 96)는 그 반사면이 서로 동일 평면상에 있기 때문에 동일한 세트의 2면각을 구비한다. 유리하게도, 홈 각도는, 요소(94, 96)가 직교하는 2면각을 갖는 재귀 반사성 요소가 되고, 요소(92)가 적어도 하나의 비직교성 2면각을 갖는 반사성 요소가 되도록, 아니면 그 반대가 되도록 선택될 수 있다. 그러나, 이러한 배열은 도 14의 실시예와 비교하여 각 배열에 의해 점유되는 영역의 비율을 선택하는 경우에 융통성이 작다. 또한, 개별적인 요소의 상대적 크기를 선택할 때에도 융통성이 작다.
추가의 실시예
더 넓은 각도 범위와 향상된 공간 균일성을 갖는 반사 광선을 형성하려는 노력의 일환으로서, 많은 수의 상이한 반사성 요소로 구조화된 표면을 타일링하지 않으면서, 구조화된 표면에 서로 간격을 두고 배치된 매우 다양한 반사성 요소를 반복 형상으로 조합하는 구성으로 구조화된 표면을 만들었다. 다양한 반사성 요소 각각은 적어도 직각으로부터 약 2°이상 차이가 나는 하나의 2면각을 갖는다. 요소들은 홈 측면각이 90°인 2면각을 형성시키는 홈 측면각에 대하여 상이한(큰) 편이를 갖는 반복 배열에 의해 정의된다. 등변 기본 삼각형을 갖는 요소에 대하여, 홈 측면각 편이는 약 35.2644°인 공칭 홈 측면각에 대하여 측정된다. 경사진 요소에 대하여, 홈 측면각 편이는 90°의 2면각을 형성시키는 홈 측면각에 대하여 측정된다.
도 17에 도시되어 있는 구조화된 표면의 부분(104)은 예시적인 것이다. 완전한 구조화된 표면은 홈의 각 배열(106a-h, 108a-d, 110a-d)이 표면을 가로질러 연장되고 반복되는 경우에 형성되는 부분(104)의 복제품으로 구성될 수 있다. 홈 세트(106, 108, 110)는 서로 60°로 교차한다. 홈 측면각 편이가 도 17에서 각각의 표시된 홈에 대하여 나타나 있으며, 아크(arc)의 분(minute)으로 주어진다. 홈 세트에 있는 홈 배열과 관련된 홈 측면 각의 쌍은 서로 다르다. 예를 들어, 홈(108a)에 대한 {-350, -200} 인 쌍은 홈(108b, 108c)에 대한 {-200, -350} 인 쌍과 상이하다. 아니면 홈(106a)에 대한 {300, 150} 인 쌍은 홈(106b)에 대한 {300, 300} 인 쌍과 상이하고, 이는 다시 홈(106c)에 대한 {150, 300} 인 쌍과 상이하다. 이렇게 정의된 형상에 의해, 6개의 상이한 종류의 반사성 요소가 형성되는데, 각 종류는 다른 종류와 다른 세트의 2면각을 구비한다. 홈 측면각 표면의 상이한 조합이 관련된 2면각과 함께 표 5에 나열되어 있다. 6개의 반사성 요소 종류는 A부터 F까지의 라벨이 할당되어 있다.
상이한 종류의 반사성 요소 A-F가 도 18에 단순화되어 도시된 바와 같이 구조화된 표면 부분(104)에 배열되는데, 홈 측부 표면은 도시되지 않았다. 부분(104) 상에는 각 반사성 요소의 형태와 배향을 고려하는 경우 상이한 종류의 반사성 요소가 6개보다 많다. 예를 들어, 도 18에서 "A"라고 표시된 요소 모두가 표 5에 나타난 동일한 3개의 2면각을 갖더라도, 이들 요소의 일부는 서로에 대하여 회전하고, 다른 일부는 다른 것에 대하여 거울상이다(그러나, 서로 합동은 아니다).
구조화된 표면 부분(104)의 분산 프로파일은 이를 구성하고 있는 많은 상이한 반사성 요소의 분산 프로파일의 조합이다. 분산 프로파일은 후면으로서 도 17의 구조화된 표면을 구비하는 판재에 대한 전술한 컴퓨터 모델을 사용하여 계산되며, 이 경우 모든 홈 세트에 대한 홈 간격은 0.001 인치(25.4 ㎛), 광학 파장은 ∼550 nm, 반사율은 1.6 그리고 조명 기하학은 β= ω= 18°로 가정한다. 결과는 도 19에 도시되어 있으며, 여기서 참조 번호(72, 74, 76)는 앞에서와 동일한 의미를 갖는다. 2개의 반사 광선(112, 114)은 재귀 반사 지점(72)의 양쪽에서 다시 나타난다. 두 광선 모두의 최대 광도는 이전에 설명된 일부 실시예에서 나타난 예상 결과와 비교하여 상대적으로 낮다(4 cd/lx/m2보다 약간 위쪽). 그러나, 광선(112, 114)은 이런 이전의 실시예보다 적어도 1 내지 2 cd/lx/m2의 광도 수준에서 대체로 더 균일하고, 더 둥근(덜 세장형인) 형태이다. 광선의 형태가 더 둥글다는 것은 구조화된 표면을 구비하는 판재가 더 세장형인 반사 광선을 형성시키는 판재보다 더 큰 관찰 영역을 조명할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 이는 대형 판재의 넓게 분리된 부분이 주어진 관찰 지점에서 거의 동일한 겉보기 광도를 나타내고, 비록 분리된 부분이 광원에 대하여 실질적으로 상이한 입사각 및/또는 배향각을 갖더라도 그러하다는 것을 의미한다. 또한 도 19로부터 알 수 있듯이, 광선(112, 114)이 서로에 대하여 소정의 형태 비대칭성을 나타내더라도, 광선 형태의 전체적인 유사성은 놀랄만하다.
도 17의 구조화된 표면 및 유사한 표면들은 2중 용도 판재 또는 다른 물품에 전술한 타일링 기술에 의해 조합될 수 있다.
일부 용어의 어휘 해설
광선(Beam): 소정량의 빛 또는 반사 영역으로서, 최대 광도를 가지며 광선 외곽선으로서 특징지워질 수 있는 경계 영역 바깥쪽에서는 최대 광도의 1% 내지 10%와 같은 주어진 경계치 이하로 떨어지는 것을 특징으로 한다.
광도(Brightness): 빛의 광선에 대하여 언급할 경우에, 제곱 미터당 칸델라(cd/m2)로 표현되는 빛의 양. 반사성 물품에 대하여 언급할 경우에, 물품의 반사율(reflectance), 즉 물품의 반사 광도(reflected luminous intensity)를 공칭 조도(illuminance)와 물품의 표면 면적으로 나눈 것으로서, 럭스당 제곱 미터당 칸델라로 표현되고, 간략하게 cd/(lxㆍm2) 또는 cd/lx/m2으로 표시됨. 가시 스펙트럼의 빛 바깥쪽에 대하여, 광도 측정(photometric)이 아니라 방사 측정(radiometric)에 의해 표현되는 대응하는 양.
기준 표지(Datum Mark): 참조축에 대하여 배향을 표시하기 위한 기준으로서 사용되는 반사성 물품 상의 (현실의 또는 가상의) 표지.
분산 프로파일(Divergence Profile): 주어진 조명 기하학에 대하여 관찰각 및 표시각의 함수로서의 반사광의 광도의 표현. 보통, 이 표현은 극좌표(r, theta)로 도시된 등광도 곡선의 형태로 주어지며, 여기서 r 좌표는 관찰각 α를 나타내고 theta 좌표는 표시각 γ를 나타낸다.
입사각(Entrance Angle(β)): 조명축과 참조축 사이의 각도.
입사 반평면(Entrance Half-Plane): 참조축 상에서 시작되고 조명축을 포함하는 반평면.
홈 측면각(Groove Side Angle): 홈 측부와 홈의 길이에 평행하고 반사성 물품의 기본 표면에 수직하게 연장되는 평면 사이의 2면각.
조명 축(Illumination Axis): 참조 중심과 조명원 사이에서 연장되는 선분.
빛(Light): 전자기적 방사로서, 스펙트럼의 가시부, 자외부 또는 적외부.
관찰각(Observation angle(α)): 조명축과 관찰축 사이의 각.
관찰축(Obserbation Axis): 참조 중심과 선택된 관찰 지점 사이에서 연장되는 선분.
관찰 반평면(Observation Half-Plane): 조면축에서 시작되고 관찰축을 포함하는 반평면.
배향각(Orientation Angle(ω)): 입사 반평면과 참조축에서 시작되고 기준 표지를 포함하는 반평면 사이의 2면각.
표시각(Presentation Angle(γ)): 입사 반평면과 관찰 반평면 사이의 2면각.
참조축(Reference Axis): 반사성 물품으로부터 멀어지는 방향으로 참조 중심에서 연장되는 선분, 그리고 참조 중심에서 보통 반사성 물품에 대해 수직이다.
참조 중심(Reference Center): 반사성 물품의 위 또는 근처에 있는 점으로서, 그 성능을 특정하기 위해 물품의 중심으로서 지정된다.
가시광(Visible Light): 인간의 나안(裸眼)에 의해 인지될 수 있는 빛, 대체로 400 내지 700 nm의 파장 범위이다.
비록 본 발명은 바람직한 실시예를 참조로 하여 기재되었지만, 당업자는 본 발명의 사상에서 벗어나지 않고 형태와 상세한 부분에 대하여 변화가 있을 수 있다는 것을 인식할 수 있다.

Claims (21)

  1. 2중 용도 반사성 물품으로서, 구조화된 표면을 구비하는 층을 포함하며, 상기 구조화된 층은 반사성 요소의 제1 및 제 2 배열을 포함하고, 상기 제1 배열은 약 2°인 관찰각 내에서 입사광을 재귀 반사 광선으로 재귀 반사시키도록 배치된 적어도 제1, 제2 및 제3 반사면을 구비하는 요소를 포함하며, 상기 제2 배열은 2°보다 큰 관찰각에서 입사광을 제2 광선으로 반사시키도록 배치되는 적어도 제4, 제5 및 제6 반사면을 구비하는 요소를 포함하는 2중 용도 반사성 물품.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 구조화된 표면은 그 위에 복수개의 타일링된 영역을 구비하고, 상기 제1 배열은 타일링된 영역의 제1 세트 내에 배치되며 상기 제2 배열은 타일링된 영역의 제2 세트 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 2중 용도 반사성 물품.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 복수개의 타일링된 영역의 폭은 약 50 mm 이하인 것을 특징으로 하는 2중 용도 반사성 물품.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 제4, 제5 및 제6 반사면은 그 사이에 한정 가능한 2면각을 구비하며, 상기 2면각 중의 적어도 하나는 직각으로부터 2°이상 차이가 나는 것을 특징으로 하는 2중 용도 반사성 물품.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 2면각 중의 적어도 하나는 직각으로부터 10°이하로 차이가 나는 것을 특징으로 하는 2중 용도 반사성 물품.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 구조화된 표면은 상기 제2 배열의 요소와 상이한 반사성 요소의 제3 배열을 추가로 포함하며, 상기 제3 배열은 2°보다 큰 관찰각에서 입사광을 제3 광선으로 반사시키도록 배치되는 제7, 제8 및 제9 반사면을 구비하는 반사면을 포함하는 것을 특징으로 하는 2중 용도 반사성 물품.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 구조화된 표면은 그 위에 복수개의 타일링된 영역을 구비하고, 제1, 제2 및 제3 배열은 타일링된 영역의 제1, 제2 및 제3 세트에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 2중 용도 반사성 물품.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 제4, 제5 및 제6 반사면은 제2 광선이 재귀 반사 광선의 광선폭보다 큰 광선 폭을 구비하도록 배치되며, 여기서 광선 폭은 각 광선 최대 광도의 10% 수준에서 측정되는 것을 특징으로 하는 2중 용도 반사성 물품.
  9. 청구항 1에 있어서, 재귀 반사 광선 및 제2 광선은 2 cd/lx/m2의 광도 수준에서 중첩되지 않는 것을 특징으로 하는 2중 용도 반사성 물품.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 제4, 제5 및 제6 반사면은 18°와 26°사이의 입사각으로 입사되는 빛을 제2 광선으로 반사시켜 이 제2 광선이 5°보다 크고 20°보다 작은 관찰각 광선 폭 Δα를 갖도록 배치되는 것을 특징으로하는 2중 용도 반사성 물품.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 광선 폭은 2 cd/lx/m2의 광도 수준에서 측정되는 것을 특징으로 하는 2중 용도 반사성 물품.
  12. 청구항 10에 있어서, Δα는 10°와 15°사이인 것을 특징으로 하는 2중 용도 반사성 물품.
  13. 청구항 1에 있어서, 적어도 제2 배열의 요소는 복수개의 홈 세트에 의해 경계가 정해지는 것을 특징으로 하는 2중 용도 반사성 물품.
  14. 청구항 13에 있어서, 홈 세트 중의 적어도 하나는 약 10 내지 50 ㎛ 사이의 홈 간격을 갖는 것을 특징으로 하는 2중 용도 반사성 물품.
  15. 청구항 13에 있어서, 홈 세트 중의 적어도 하나는 홈 측면각의 상이한 쌍을 구비하는 일련의 홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 2중 용도 반사성 물품.
  16. 청구항 15에 있어서, 복수개의 홈 세트의 각각은 홈 측면각의 상이한 쌍을 구비하는 일련의 홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 2중 용도 반사성 물품.
  17. 청구항 1에 있어서, 적어도 제2 배열의 요소는 층으로 형성되는 입체 프리즘을 포함하며, 상기 제4, 제5 및 제6 반사면은 외기에 노출되어 그 표면에서 전 내부 반사를 허용하는 것을 특징으로 하는 2중 용도 반사성 물품.
  18. 청구항 1에 있어서, 동일한 2면각을 구비하는 반사성 요소는 반사성 요소의 클라스(class)로 언급되며, 제2 배열의 반사성 요소는 적어도 3개의 상이한 반사성 요소의 클라스를 포함하는 것을 특징으로 하는 2중 용도 반사성 물품.
  19. 청구항 18에 있어서, 반사성 요소의 상이한 클라스는 서로 개별적으로 분포되는 것을 특징으로 하는 2중 용도 반사성 물품.
  20. 연장된 관찰 영역에서 정보를 표시하는 배치로서,
    연장된 관찰 영역에 인접하게 배치될 수 있는 표지와,
    표지를 둔각에서 조명하는 정지된 광원을 포함하는 배치에 있어서,
    상기 표지는 청구항 1의 반사성 물품을 포함하는 것을 특징으로 하는 배치.
  21. 청구항 20에 있어서, 상기 제2 배열은 정지된 광원으로부터의 빛을 연장된 관찰 영역을 포위하고 정지된 광원을 제외하는 반사 광선으로 반사시키는 것을 특징으로 하는 배치.
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