KR20130124116A - 광각성이 개선된 스텝 프리즘형 재귀반사체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반사코너들이 복합된 재귀반사구조로서 입사광을 광원 측으로 재귀반사할 수 있는 스텝 프리즘형 재귀반사체에 관한 것으로, 특히 재귀반사효율과 광각성이 동시에 개선된 재귀반사체에 관한 것으로서, 기하학적 단일 평면의 공유반사면과 상기 공유반사면에 직각으로 접하는 가상의 스텝면으로 이루어진 모반사코너와, 각각 서로 직각으로 접하는 한 쌍의 전유반사면으로 이루어져 상기 스텝면을 따라 배열되는 복수의 자반사코너들로 구성된 재귀반사소자들이 배열된 재귀반사체에 있어서, 상기 자반사코너들의 코너비(l/w)가 1.5 이상이고, 상기 모반사코너는 입사면의 법선에 대하여 코너향이 10도 이상 편향되고 반사향이 10도 이내의 편향각으로 편향된 것을 특징으로 하며, 이러한 재귀반사체는 정면광에 대해서 재귀반사효율이 매우 높을 뿐만 아니라 재귀반사영역도 매우 넓다.

Description

광각성이 개선된 스텝 프리즘형 재귀반사체{Step Prismatic Retro-Reflector with Improved Wide-angle Performance}

본 발명은 반사코너들이 복합된 재귀반사구조로서 입사광을 광원 측으로 재귀반사할 수 있는 스텝 프리즘형 재귀반사체에 관한 것으로, 특히 재귀반사효율과 광각성이 동시에 개선된 재귀반사체에 관한 것이다.

각종 교통표지, 표지병, 델리네이터, 삼각대 등과 같은 각종 교통안전시설물이나 안전복, 자동차, 자전거, 모자, 신발 등 야간에 가시성 확보가 긴요한 물품에는 전방으로부터 입사되는 빛을 그 빛을 투사한 광원 쪽으로 재귀반사함으로써 이들 물품의 가시성을 높일 수 있는 재귀반사체가 설치되거나 부착된다.

종래 위와 같은 물품에 적용되는 재귀반사체로는 글래스비드(glass bead)나 큐브코너(cube corner) 등을 구비한 재귀반사체들이 주로 이용되어 왔다. 이들 종래 재귀반사체들은 입사광의 입사각에 따라 재귀반사특성이 달라 각기 장단점들을 가지고 있었다.

예를 들면, 글래스 비드를 이용한 재귀반사체는 재귀반사효율이 입사각에 관계없이 고르지만 전반적으로 재귀반사효율이 저조하고 또한 표면에 물이 묻는 경우 반사기능을 상실하는 문제점이 있었다.

그리고, 큐브 코너를 이용한 종래 재귀반사체의 경우는 입사각이 작은 광, 즉 정면광에 대해서는 재귀반사율이 높지만, 입사각이 큰 측면광에 대해서는 휘도가 급격히 떨어져 재귀반사가 가능한 입사각의 범위 즉 재귀반사시계(反射視界)가 매우 협소하였다. 뿐만 아니라, 재귀반사시계의 방향이 주로 입사각이 큰 광을 재귀반사할 수 있도록 설계 변경하기가 매우 어려웠다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 본 출원인은 서로 직교하는 두 반사면 중 어느 한 반사면에 서로 직교하는 반사면들이 계단형으로 배열되어 복합 전반사프리즘식의 재귀반사구조를 보유함으로써 전반적으로 재귀반사율이 높고 특히 설계단계에서 재귀반사율이 가장 높은 입사방향으로 정의되는 주반사향의 방향을 입사면의 법선 방향으로부터 방향과 각도 제한없이 매우 용이하게 변경할 수 있는 '재귀반사유닛 및 재귀반사체(대한민국 특허 제10-909386호, 제10-924438호)'를 개발하였다.

그러나, 위 재귀반사체는 재귀반사유닛이 2개의 반사면(공유반사면과 스텝부)으로 구성되어 있는데, 특정 입사각의 범위의 입사광에 대해서만 재귀반사가 가능하여 재귀반사범위가 매우 좁다는 문제점이 있었다. 예컨대 정면광용으로 개발하는 경우 입사각 0도의 입사광에 대해서는 매우 높은 재귀반사효율을 갖는 반면 입사각이 10도 이상 커지는 경우 입사광이 공유반사면에서 투과되어 재귀반사유닛들의 일부가 재귀반사기능을 상실하기 때문에 측광에 대해서는 재귀반사성능이 취약하다는 문제점이 있었고, 측광용으로 개발할 경우에는 측광에 비해 정면광에 대해서는 재귀반사효율이 극히 저조하다는 문제점이 있었다. 이와 같이 종래 재귀반사체들은 반사범위가 매우 협소하여 정면광용 또는 측면광용으로 그 용도가 제한되는 문제점이 있었다.

대한민국 특허 제10-909386호, 대한민국 특허 제10-924438호

본 발명은 위와 같은 종래 재귀반사체의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 정면광에 대해서 재귀반사효율이 매우 높은 것은 물론이고 입사각이 큰 입사광에 대해서도 재귀반사기능을 상실하지 않고 재귀반사가 가능하여 재귀반사범위가 획기적으로 확대된 재귀반사체를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 재귀반사체는, 기하학적 단일 평면의 공유반사면과 상기 공유반사면에 직각으로 접하는 가상의 스텝면으로 이루어진 모반사코너와, 각각 서로 직각으로 접하는 한 쌍의 전유반사면으로 이루어져 상기 스텝면을 따라 배열되는 복수의 자반사코너들로 구성된 재귀반사소자들이 배열된 재귀반사체에 있어서, 상기 자반사코너들의 코너비(l/w)가 1.5 이상이고, 상기 모반사코너는 입사면의 법선에 대하여 코너향이 10도 이상 편향되고 반사향이 10도 이내의 편향각으로 편향된 것을 특징으로 한다.

이상의 구성에서, 상기 자반사코너의 코너비(l/w)는 3이상인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 재귀반사소자들의 경우 모반사코너의 코너향 편향방향이 서로 반대방향으로 교번하여 엇갈리도록 배열되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 재귀반사소자의 반사향의 편향각은 15 내지 30도 범위인 것이 바람직하다.

이상과 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 재귀반사체는 정면광에 대해서 재귀반사효율이 매우 높다. 그리고 특히 입사각이 큰 입사광에 대해서도 일정 수준 이상의 유효한 재귀반사효율을 가짐으로써 재귀반사할 수 있는 입사각의 범위가 매우 확대되어 재귀반사영역이 매우 넓다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝 프리즘형 재귀반사체 정면도.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 스텝 프리즘형 재귀반사체의 재귀반사소자 분해모식도.
도 4는 본 발명에 따른 스텝 프리즘형 재귀반사체의 재귀반사소자 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 반사코너의 횡단면도.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 재귀반사체 정면도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 재귀반사체(1)는 폴리카보네이트, 자외선 경화수지, 아크릴, 유리 등과 같이 광투과성 재질의 소재로 제조되는 판상의 재귀반사체로서, 도시된 바와 같이 그 배면에 재귀반사소자(10)들이 일정한 패턴으로 밀집 배열되게 형성된다.

재귀반사체에서 재귀반사소자(10)는 입사광을 재귀반사할 수 있는 최소단위의 재귀반사구조를 이르는데, 본 발명에 따른 재귀반사체(1)에서는 공유반사면(11a)과 상기 공유반사면(11a)과 90도의 면각으로 접하는 가상의 스텝면(11b)이 전반사 프리즘 형태의 모반사코너(11)를 형성하고 상기 스텝면(11b) 상에 작은 반사코너인 자반사코너(12)들이 밀집 배열되게 형성되어, 상기 자반사코너(12)들이 상기 공유반사면(11a)와 더불어 하나의 스텝 프리즘형 재귀반사소자(10)를 형성한다.

바람직한 구성으로 본 발명에 따른 스텝 프리즘형 재귀반사체(1)의 배면에는 빛의 투과를 막아 반사율을 높일 수 있는 반사막(14)이 증착 등의 공정을 통해 코팅될 수 있다.

도 3과 도 4는 본 발명에 따른 재귀반사체에서 최소 단위의 재귀반사구조로 채용된 스텝 프리즘형 재귀반사소자를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 스텝 프리즘형 재귀반사소자(10)는 직교하는 두 개의 반사면(공유반사면(11a)과 스텝면(11b))을 가진 전반사프리즘(직각프리즘)의 한 면(스텝면(11b))에 계단형으로 형성된 것과 같은 형태의 재귀반사구조인 스텝 프리즘형 재귀반사구조를 형성하는데, 상기 공유반사면(11a)과 스텝면(11b)이 서로 거의 90도의 각도로 접하면서 모반사코너(11)를 형성하고, 상기 전유반사면(12a,12b)들이 상기 모반사코너(11) 내 스텝면(11b) 상에서 서로 이웃한 것끼리 짝을 지어 자반사코너(12)를 형성한다. 이에 각 재귀반사소자(10)들은 도 3에 나타난 바와 같이 서로 쌍을 이루어 자반사코너(12)를 형성하는 전유반사면(12a,12b)들이 공유반사면(11a)과 더불어 1조의 재귀반사구조를 이룸으로써 소자(10) 내로 입사된 빛을 재귀반사하게 된다.

참고로, 반사코너는 전반사프리즘의 반사구조 즉 서로 직교하는 두 개의 반사면이 형성하는 반사구조를 이르는 것으로 본 발명에 따른 재귀반사체에서 모반사코너(11)과 자반사코너(12)들이 이에 해당한다. 모반사코너(11)는 도 3에 나타난 바와 같이 공유반사면(11a)과 이 공유반사면(11a)에 90도의 면각으로 접하는 가상의 스텝면(11b)이 형성하는 반사코너이고, 자반사코너(12)는 상기 스텝면(11b)들을 따라 서로 90도의 면각으로 접하게 배열된 전유반사면(12a,12b)들이 각각 서로 마주보는 것끼리 짝을 이루어 형성한다.

본 발명에 따른 재귀반사체에 있어서 각 재귀반사소자(10)의 자반사코너(12)들은 1.5 이상의 코너비(l/w)를 갖는다. 그리고 모반사코너(11)는 입사면(1a)의 법선(N)에 대하여 각각 10도 이상 편향된 코너향(Dc)과 10도 이내의 편향각으로 편향된 반사향(Dr)을 갖는다.

코너비는 도 3에 나타난 바와 같이 반사코너(11)의 종횡비(l/w)를 말하는 것으로서 코너의 너비(w)에 대한 길이(l)의 비(l/w)로 정의된다. 코너향(Dc)은 도 5에 도시된 바와 같이 반사코너가 바라보는 기하학적 방향으로 정의된다. 그리고 반사향(Dr)은 반사코너가 최대효율로 코너 반사할 수 있는 광학적 방향으로서 이는 도 5에 나타난 바와 같이 반사코너(11)를 횡단면으로 볼 때 코너 꼭지에서 그 대변(13)(코너 양끝을 연결한 선)의 중점(M)을 연결한 중선(Median Line)의 방향으로 정의된다.

스텝 프리즘형 재귀반사체에 있어서 자반사코너(12)의 코너비(l/w)는 도 3에 나타난 바와 같이 반사코너의 종횡비(l/w)를 말하는데, 이는 입사각이 큰 입사광에 대한 재귀반사성능에 지대한 영향을 미쳐 코너비(l/w)가 클수록 입사각이 큰 입사광에 대한 재귀반사효율을 개선한다. 결과적으로 자반사코너의 코너비(l/w)는 유효한 반사효율로 재귀반사할 수 있는 반사범위에 큰 영향을 줌으로써 스텝 프리즘형 재귀반사체의 매우 중요한 설계 인자가 된다. 본 발명에 따른 재귀반사체의 경우 확대된 반사범위를 확보할 수 있도록 자반사코너의 코너비(l/w)가 1.5 이상으로 설정되는 것이 바람직한데, 본 실시예에서는 2.2로 설정되었다.

반사코너(11)에서 코너향(Dc)은 도 5에 도시된 바와 같이 반사코너(11)의 기하학적 배치방향 즉 거의 직각인 코너의 꼭지각(A)을 이등분하는 각이등분선의 방향으로 정의된 것으로서, 이는 반사코너(11)가 코너반사할 수 있는 방향과 그 반사영역을 결정하는 인자가 된다. 즉 반사코너(11)는 코너향(D_c)을 중심으로 대략 좌,우 45도 범위 내의 입사각으로 그 코너(11) 내에 입사되는 빛을 코너반사할 수 있다. 스텝 프리즘형 재귀반사소자(10)의 경우 모반사코너(11)의 코너향(Dc)이 그 소자(10)가 재귀반사할 수 있는 방향과 영역을 결정하여 모반사코너(11) 코너향(Dc)의 좌우 45도 이내의 범위 내에서 모반사코너(11) 내로 입사되는 빛을 재귀반사할 수 있다. 본 실시예에 따른 재귀반사체(1)는 서로 마주보는 재귀반사소자(10)의 모반사코너(11)의 코너향(Dc)이 입사면(1a)의 법선(N)에 대하여 각각 좌측과 우측으로 각각 22도의 편향각(α_c)으로 편향됨으로써 입사면(1a)에서의 굴절각이 최대 57도에 이르는 측광까지 재귀반사가 가능하다. 결과적으로 소재의 굴절률이 1.5인 경우 입사각이 거의 90도에 이르는 측광까지도 재귀반사가 가능하다.

반사코너(11)의 반사향(Dr)은 입사광을 최대 효율로 코너반사할 수 있는 방향을 말하는 것으로, 도 5에 도시된 바와 같이 반사코너를 횡단면으로 볼 때 코너 꼭지(A)에서 그 대변(13)(코너 양끝을 연결한 선)의 중점(M)을 연결한 중선(Media Line)의 방향으로 정의된다. 따라서 반사코너(11)를 형성하는 양쪽 반사면(11a)(11b)의 너비가 다른 경우 반사향(Dr)은 너비가 큰 반사면쪽으로 편향되게 된다. 본 실시예에 따른 재귀반사체(1)는 재귀반사소자(10)의 모반사코너(11)가 입사면(1a)의 법선(N)에 대하여 2도 내외의 편향각(α_r)을 가짐으로써 입사각 2도 이내의 정면광에 대해 가장 높은 효율로 재귀반사할 수 있다.

참고로, 본 실시예에서 각 반사면들 사이의 면각으로 지칭되고 있는 90도는 반사면들이 반사코너를 이루는 광학적인 직각 즉 기하학적 90도에 대하여 1도 이내의 범위에서 약간 크거나 작은 각도를 말하는 것으로서 이는 입사광을 원추형으로 확산하여 재귀반사하기 위한 것이다. 따라서 본 명세서 상에서 언급되고 있는 90도는 기하학적인 90도 아니라 1도 이내의 범위에서 90도보다 크거나 작은 광학적 90도 즉 '거의 90도'로 해석하여야 한다.

이상과 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 재귀반사체는 모반사코너(11)의 반사향(Dr)이 정면을 향함에 따라 입사면(1a)의 조도에 따른 산란이나 소재의 광투과율 등으로 인한 광학적 손실을 무시할 경우 정면으로부터 입사되는 정면광을 전량 재귀반사할 수 있으므로 재귀반사효율이 매우 높다. 뿐만 아니라 모반사코너(11)들의 코너향(Dc)이 서로 반대방향으로 일정 각도 이상으로 편향됨에 따라 입사각이 60도 이상 편향된 측광에 대해서도 재귀반사가 가능하여 재귀반사범위도 매우 넓다.

1: 재귀반사체 10 : 재귀반사소자
11 : 모반사코너 11a : 공유반사면
11b : 스텝면 12 : 자반사코너
12a, 12b : 전유반사면 Dc : 코너향
Dr : 반사향

Claims (5)

1. 기하학적 단일 평면의 공유반사면과 상기 공유반사면에 직각으로 접하는 가상의 스텝면으로 이루어진 모반사코너와, 각각 서로 직각으로 접하는 한 쌍의 전유반사면으로 이루어져 상기 스텝면을 따라 배열되는 복수의 자반사코너들로 구성된 재귀반사소자들이 배열된 재귀반사체에 있어서,
   상기 재귀반사소자는 자반사코너의 코너비(l/w)가 1.5 이상이고, 모반사코너는 입사면의 법선에 대하여 코너향이 10도 이상 편향되고 반사향이 10도 이내의 편향각으로 편향된 것을 특징으로 하는 스텝 프리즘형 재귀반사체.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 자반사코너의 코너비(l/w)는 3이상인 것을 특징으로 하는 스텝 프리즘형 재귀반사체.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 재귀반사소자들은 모반사코너의 코너향 편향방향이 서로 반대방향으로 교번하여 엇갈리도록 배열된 것을 특징으로 하는 스텝 프리즘형 재귀반사체.
   
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 모반사코너의 반사향 편향각은 15 내지 30도인 것을 특징으로 하는 스텝 프리즘형 재귀반사체.
   
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 재귀반사소자의 배면에 반사막이 형성된 것을 특징으로 하는 스텝 프리즘형 재귀반사체.

Images