KR960005282B1

KR960005282B1 - 원하는 발산 프로필을 갖는 입방체 역반사 물품

Info

Publication number: KR960005282B1
Application number: KR1019870013165A
Authority: KR
Inventors: 헨리 애펄돈 로저; 칼 넬슨 존; 에드워드 가디너 마크; 리 호프만 티모디
Original assignee: 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩츄어링 컴패니; 도날드 밀러 셀
Priority date: 1986-11-21
Filing date: 1987-11-20
Publication date: 1996-04-23
Also published as: AU8018787A; CA1308589C; ZA877920B; CN87107678A; JPS63143502A; DE3789200D1; EP0269329A2; BR8706289A; ATE102364T1; CN1028388C; EP0269329B1; JP2647103B2; KR880006555A; US4775219A; DE3789200T2; EP0269329A3; AU593147B2

Abstract

내용 없음.

Description

원하는 발산 프로필을 갖는 입방체 역반사 물품

제1도는 본 발명에 따른 역반사 시이트물질의 배면도.

제2도는 본 발명에 따른 역반사 시이트물질의 단면도.

제3도 및 제4도는 본 발명에 따른 역반사성 물품의 대표적인 홈패턴에 대한 평면도.

제5도는 본 발명에 따른 물품내의 홈패턴을 도시한 도면.

제6a도는 도로상에서 달리고 있는 차량과 노측위에 표시가능한 위치에 장착된 교통표지와 운전자의 눈과의 관계를 수직평면상에서 개략적으로 도시한 도면.

제6b도는 차량, 운전자의 눈 및 교통표지와의 관계를 수평 평면상에서 개략적으로 도시한 도면.

제7도는 표 2에 기록된 값을 플로트한 도면.

제8도는 실시예 1에서 사용되는 입방체 소자 배열을 도시한 도면.

제9도는 제8도에 도시된 배열내의 입방체 소자의 면들로부터 빛이 분산되었을때 그 빛의 스포트 혹은 비임패턴을 도시한 도면.

제10도 및 제11도는 실시예 2에서 사용된 비교용 시이트에 따른 결과를 도시한 도면.

제12도 및 제13도는 실시예 2에서의 본 발명에 따른 시이트에 대한 결과를 도시한 도면.

제14도는 각 시이트물질에 있어서 명도 : 신장길이와의 관계를 나타낸 도면.

제15a도, 제15b도 및 제15c도는 본 발명의 개요를 설명하기 위한 도면.

제16도는 화살표 모양의 디자인을 제공하는 패턴을 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 시이트물질 17 : 입방체의 역반사 소자

본 발명은 입방체의 역반사 물품 즉, 반사빛이 광원을 향해 되돌아가는 물품에 관한 것으로, 특히 입방체 역반사 소자들이 평행하는 V자형 홈세트 3개를 서로 교차시켜서 형성되는 역반사 물품에 관한 것이다.

일반적으로 역반사 물품에서 반사된 빛을 상기 물품을 통과할때, 상기 빛이 반사체로 이동되는 통로상에 한점으로 모아지는 원형뿔과 같은 패턴으로 퍼진다. 이러한 확산은 역반사 물품에 필수적으로 이용된다. 예컨대, 달려오는 차량의 헤드램프에서부터 나온 빛은 역반사 표지에 의해 차량을 향해 다시 반사되므로 헤드램프 비임의 축에서 벗어난 곳에 위치한 운전자의 눈에 도달하게끔 충분히 발산되어야 한다. 종래의 입방체 역반사 물품에 있어서, 역반사된 빛이 원형뿔처럼 확산되는 것은 입방체의 역반사 소자의 결합(예, 고르지 않으면, 서로 수직인 위치에서부터 상기 면들이 기대치 않게 기울어지는 일 등등)과, 역반사된 광출구에서부터 3개의 반사면의 밑면에 의해 정의되는 구멍(스탬씨의 미합중국 특허 제3,712,706호 참조)에 걸쳐 야기되는 회절에 의해 달성된다. 그러나, 이 입방체의 역반사 물품에서의 광학산은 부족한 점을 지니고 있다. 첫째, 역반사된 빛의 원형뿔은 역반사된 빛을 필요로 하는 여러 경우에서 너무 협소하기 때문에 축에서 조금 벗어나면 볼 수가 없다. 둘째, 상기 입방체의 역반사 소자의 3면 특성은 역반사된 원형뿔의 빛이 바람직하지 않은 비대칭을 이루게 한다. 이 비대칭으로 인해 상기 입방체의 역반사 물품은 현재 각도(이 용어 뜻은 본 명세서의 끝부분에서 설명됨)에서 관찰될때 역반사 명도가 변하게 된다. 이러한 결함들 때문에 입방체 역반사 시이팅으로 덮어진 교통표지를 통과하는 차량에 나란히 앉은 두사람은 교통표지의 명도가 현저하게 달라지는 것을 틀림없이 인지하게 된다.

다나까씨의 미합중국 특허 제3,817,596호는 입방체 역반사 소자들의 면을 수직 또는 직각 각도에서 벗어나게 함으로써 상기 입방체 역반사 물품으로부터의 광 발산 혹은 광 확산을 향상시킨 것이다.

P. R. Yoder씨의 "Study of Light Deviation Errors in Triple Mirrors and Tetraheclral Prisms", Journal of The Optical Society of America, Vol. 48, No. 7(1958년 7월) ; N. E. Rityn씨의 "Optics of Corner Cube Reflectors", Theory and Experiment, 페이지 198 이하 참조(UDC 538. 318 : 531. 719. 24) ; 및 H. D. Eckhardt씨의 "Sinple Model of Corner Reflector Phenomena", Applied Optics, Vol. 10, No. 7(1971년 7월)와 같은 논문에서 기술된 바와같이, 면을 경사지게 함으로써 입방체의 역반사 소자에 의해 반사된 빛이 상기 소자의 기준축으로부터 발산되는 6개의 비임으로 분할되어, 상기 빛은 광범위한 각도로 확산된다.

미합중국 특허 제3,817,596호에 기술된 광 확산 방식은 상기 물품이 역반사에 의해 보여질 수도 있는 관측 각도를 증가시키지만, 입방체의 역반사 소자의 3면이 갖는 특성때문에 발생되는 비대칭 문제점을 해결하지 못하고 있다. 게다가, 상기 확산 방식은 일반적으로 경험할 수 있는 작은 관측 각도에서 즉, 기준축에 가까운 협소한 각도에서 역반사 명도를 감소시키는데, 그 이유는 관측 각도를 작게 갖는 보통의 빛은 확대된 공간내로 확산되기 때문이다. 많은 량의 확산 광이 소비되므로, 상기 물품은 확대된 공간속의 한점에서 보이지 않게 되고, 이 손실된 빛에 의해 상기 물품의 역반사 명도는 약간 감소된다(미합중국 특허 제3,817,596호의 제6도 참조).

히난씨의 미합중국 특허 제3,833,285호는 특수한 입방체 역반사 소자들을 한줄로 배열한 물품을 특수하게 결합함으로써, 입방체의 역반사 물품으로부터의 광 발산량 혹은 확산량을 변화시킨다.

이러한 각 입방체 역반사 소자에 있어서, 한줄에서 교차되는 면들중 두면은 소자길이와 일직선으로 놓여지고, 상기 두면의 교차점에서의 이면각은 종래 90도 보다 넓어진 각도 예컨대 90°30'이다. 이로 인해, 전술한 종래의 것과 마찬가지로 이 소자들에 의해 역반사된 빛은 두개의 비임으로 분열되고 길이방향으로 발산된다. 빛은 신장된 패턴으로 확산시키기 위해 한열내의 소자들의 이면각을 다른 량으로 신장시킬 수도 있다.

미합중국 특허 제3,833,285호에 기재된 역반사 물품의 단점은 교통제어표지와 같은 여러 역반사 물품에서 상기 물품의 역반사 소자의 패턴과는 현저히 다른 패턴으로 빛을 분산시키는 격리된 하나의 역반사 소자열을 갖는다는 것이다. 예컨대, 고르게 비춘 역반사 표지를 볼 수 없고 관찰자는 명도 변화가 발생된 그 교통표지에 쓰여진 정보를 이해할 수 없게 된다.

게다가, 미합중국 특허 제3,833,285호에 기재된 제품은 개별 핀을 정확히 제조할 것을 요구하고 있으나, 역반사체를 허용오차 이내로 얻기 위해 특수한 핀을 정확히 형성하고 주립하는 일은 어려운 일이다.

결국, 입방체 역반사 물품으로부터 역반사된 광의 발산 프로필을 변화시키기 위한 노력은 계속 이어져 왔지만, 해결되지 않고 있는 것이다.

본 발명은 역반사 물품에 의해 역반사된 빛을 원하는 패턴 혹은 발산 프로필로 분산시키기 위해 개별적으로 제작될 수도 있는 새로운 타잎의 입방체 역반사 물품을 제공한다. 간단히 설명하면, 이 새로운 타잎의 역반사 물품은 그 한쪽에 입방체의 역반사 소자를 배열하고, 상기 소자들의 반사면을 V자형 홈세트 3개를 교차함으로써 형성하되, 적어도 1세트는 반복패턴에서 한 홈측각 값이 동일 세트내의 다른 홈측각 값과 다르게 형성된다.

홈측각의 주기적인 변화에 의해, 입방체 역반사 소자는 반복되는 서브어레이로 나뉘어지고, 각 서브어레이는 특수하게 생긴 입방체 역반사 소자 여러개로 구성된다. 특수한 형상중 적어도 하나의 비직각의 입방체 역반사 소자용인데 이것은 이 소자의 적어도 한면이 직각이 될 소자내의 모든 2면각에 대해 필요한 각도와는 다른 각도로 경사지게 되는 것을 의미하며, 설사 2면각이 모두 직각이 아닐지라도 이러한 소자는 본 명세서에서 입방체 역반사 소자로서 계속 간주되는데, 그 이유는 형상 및 기능면에서 이상적인 입방체 역반사 소자를 아주 많이 닮았기 때문이다.

특수하게 생긴 상기 입방체 역반사 소자는 특수한 광패턴으로 입사광을 역반사시킨다. 본 발명에 따른 물품 즉, 상기 물품에 대한 발산 프로필에 의해 역반사된 모든 광패턴에는 서브어레이내의 특수하게 생긴 입방체 역반사 소자가 입사광을 역반사하는 여러 광패턴이 포함된다. 특수하게 생긴 각 상기 광패턴은 원하는 형상이나 윤곽을 갖는 패턴으로 선택될 수 있다.

본 발명에 따른 물품에 의해 생성된 광패턴 형상은 놀랄만한 유연성을 갖는다. 왜냐하면 상기 입방체 역반사 소자는 서로 공통되는 부분을 갖기 때문이다. 예컨대, 홈을 따라 서로 인접한 소자들은 공통의 면각을 갖는데, 그 이유는 그러한 면각은 모두 동일한 홈측각에 의해 형성되기 때문이다. 게다가, 똑같은 3각형을 갖는 소자들(어떤 3각형을 정의하는 나란히 놓인 홈세트가 서로 교차하기 때문임)의 밑면의 서브어레이내의 모든 소자들은 서로 동일한 방위로 고정된다. 이와같은 명백한 한정 조건에도 불구하고 역반사 물품들은 양호한 유연성을 가지며, 본 명세서에서 이하 설명하겠지만 하기와 같은 새로운 효과를 갖겠끔 제작 가능하다.

1) 본 발명에 따른 교통제어표지에 의해 역반사된 빛은 역반사를 필요로 하지 않는 넓은 영역으로 분산된다기 보다는 상기 표지를 볼 필요가 있는 사람 즉, 차량이 상기 표지에 근접할때 그 차량의 운전자에게만 보여지게끔 구성되며 ; 달리 말해 본 발명에 따른 표지로부터의 발산 프로필은 대칭이 가능하지만, 빛을 훨씬 유용한 패턴으로 분배하는 것은 비대칭이 바람직하다.

2) 역반사성 표지는 광범위한 관측 위치에 걸쳐 균일한 명도를 갖는다 ; 예컨대 입방체 소자의 3면 특성때문에 발생하는 역반사된 원뿔형 빛의 회전 비대칭을 줄일 수있고, 게다가 합성된 원뿔형 빛은 교통표지에 대한 예측 관측 프로필과 거의 일치하는 예컨대, 노측을 따라 움직이는 차량의 운전자의 시야를 거의 완전히 포위하는 발산 프로필을 제공할 수 있다.

3) 역반사 표지는 특수한 비상경고를 제공할 수 있도록 규정된 차량-교통표지 거리에서만 작동할 수 있다.

4) 역반사 물질은 광고용 표지, 교통표지 등등과 대형 표지에도 효과적이다.

5) 역반사 물품은 관측자 앞의 공간에 뜨게 되는 그래픽 이미지를 형성할 수 있다.

6) 역반사 물품은 물품 제조시 발생되는 치수 오차와 물품 사용도중에 발생되는 치수변화를 수용할 수 있는 놀란만한 허용오차를 갖는다.

이상 전술한 잇점들은 입방체 역반사 제품의 이용도를 대폭 강화시키며, 종래의 역반사 물품에 절대로 가능하지 못했던 것들을 가능하게 한다.

제1도는 본 발명의 주특징이 되는 역반사 시이트물질(10)의 이면을 도시한 것이고, 제2도는 그 단면을 도시한 것이다.

제1도에 도시한 바와같이 시이트물질(10)의 요철식 이면은 평행의 V자형 홈세트들(11,12,13)이 서로 교차함으로써 형성되고, 이 홈들은 입방체 재반사성 소자들이 빽빽하게 채워짐으로써 생긴 것이다. 상기 홈들의 옆면의 각 즉, 홈의 측각은 2면각이 홈들의 교선(예, 제1도에서 입방체의 역반사 소자(17)를 정의하는 선으로 14,15 및 16)에서 이루지므로, 적어도 대략 90°가 된다. 그러나, 평행으로 상호 교차되는 이 홈세트는 한쪽의 측각이 나머지 하나 또는 2개의 측각과는 다른 홈들이 "반복패턴"으로 구성된다. 이 "반복패턴"이란 뜻은 상기 3각의 역반사 소자들의 배열상에서 특수한 홈의 측각이 주기적으로 발생하는 것으로 즉, 상기 배열상에서 특수한 홈의 측각이 이미 발생한 위치에서 동일한 홈의 수로 간격을 두고 발생하는 것이다.

제2도는 소자내에서 측각값이 나머지 두 측각값과는 다른 홈들로 구성된 홈세트중 그 일부를 도시한 것이다. 특히, 제2도는 시이트물질의 홈세트중 한 세트(13)(13₁,13₂,13₃및 13₄)를 도시한 것이다. 이 홈세트에서는, 상기 홈들의 측면과 평면(18)간에 형성되는 각각 다른 4개의 측각(a,b,c 및 d)이 존재하며, 상기 평면(18)은 홈의 밑모서리(19)에 의해 정의되는 평면에 대해 수직인 평면이다. 이홈의 측각들은 a-b-c-d-a-b-c-d 순으로 반복패턴으로 배열된다. 이 홈세트에서의 홈의 측각 "a"는 직각의 2면각을 형성하는 각도이며, 상기 2면각은 1세트내의 홈의 측부와 나머지 2세트의 홈에 대해 적절히 각이진 홈측부와의 교선에서 형성되는 각도이다. 홈의 측각 "b", "c" 및 "d"는 직각의 2면각을 형성하지 않는다. 제2도에 점선으로 도시한 바와같이 홈의 측면은 직각을 형성하지 않는다. 각 "b"는 직각보다 작고 각 "c"와 "d"는 직각보다는 크다.

제3도와 제4도는 본 발명에 따른 역반사성 물품의 대표적인 홈패턴에 대한 평면도이다. 상기 도면에서 각 선은 V자형 홈을 나타내며, 상기 V자는 상기 홈의 모서리상에 형성되는 홈의 측각을 나타낸다. 여러 일예로 도시한 바와같이, 홈세트의 각각은 그 홈의 측각의 반복패턴을 다르게 갖는다. 제3도에서 제1세트는 a-b-b-a 패턴을 갖고, 제2세트 a-b-a-b-b-a-b-a 패턴을 갖고, 제3세트는 c-d-e-f-d-c-f-e 패턴을 갖는다.

제4도에서의 상이한 패턴들로는 a-b-b-a 패턴, a-b-a-b-b-a-b-a 패턴 및 c-d-d-c 패턴을 들 수 있다.

홈의 반복패턴은 입방체의 역반사 소자들이 주기적으로 반복되는 그룹 즉, 역반사성 물품의 넓은 영역에 걸쳐 분산되는 서브어레이를 형성한다. 제3도에 도시된 홈패턴에 따르면, 서브어레이는 가능한 특수한 입방체 16개로 구성되는데, 예컨대 a, b, c, d, e 및 f가 모두 서로 다른 별개의 것이라고 가정하면 상기 서브어레이에는 16개의 입방체의 역반사 소자들이 존재하게 된다. 이 16개의 소자들은 제3도의 각 서브어레이에서 쌍으로 존재하며, 각 쌍의 소자들은 서로 180°회전되어 있다. 각 쌍의 소자들은 편의상 좌측 소자 및 우측 소자로 부를 수도 있다.

따라서, 도시된 서브어레이에는 총 32개의 입방체의 역반사 소자가 존재하게 된다. 홈의 측각들은 서로 무관하게 조절되거나 선택될 수도 있기 때문에 반드시 쌍으로 존재할 필요는 없으며, 그러나 만약 필요하다면 모든 소자들을 다르게 할 수 있다.

제3도의 배열에서 쌍의 배열이 발생하는 이유는 이 배열에 사용된 특수한 홈의 반복패턴 즉, a-b 패턴을 인접한 홈에서는 b-a 패턴으로 회전시키기 때문이다. 반복패턴을 사용하는 어떤 것이든, 그 패턴이 주기적이기만 하면 서브어레이는 서로 동일하게 된다.

서브어레이에서는 모든 홈의 측각이 서로 달라야 한다는 것이 필수적인 조건은 아니다. 일예로, c와 e는 서로 동일할 수도 있고 혹은 다른 홈의 측각이 같을 수도 있다. 그러나, 적어도 홈 3세트중 한세트 또는 두세트 또는 3세트 모두는 한 홈세트내의 홈측각이 나머지 측각중 적어도 한측각과는 다른 값을 갖는다. 이결과, 서브어레이내의 입방체 역반사 소자 다수개(즉 적어도 2개)가 서로 다른 형상을 가져 특수한 모양을 이룬다. 이 모양새의 변화는 전술한 바와같이 180°를 회전시키거나 또는 미합중국 특허 제4,588,258호에서 기술된 바 있듯이 입방체 소자를 전술한 바와같이 180°회전시키는 것과 같은 입방체 소자의 축회전보다 간단하게 이루어진다. 모양새의 변화를 야기시킬 수 있는 대신에, 예컨대 소자의 특수한 한면이 한 형상에서 직각을 이루지 않지만 다른 형상에서 그 대응면은 직각을 이룬다.

또는 이것은 특수한 한면이 한 형상에서의 직각 형성으로부터 빗나가는 양이 다른 형상에서의 직각 형성으로부터 빗나가는 양과 차이가 있기 때문이다. 여러 특수한 형상이 발생할 수도 있는데, 그 원인은 한 세트에서의 홈측각이 다양하기 때문이거나 2세트 또는 3세트 모두가 동일한 세트에서의 한 홈의 측각값이 나머지 홈의 측각값과 다른 값을 갖기 때문이다. 바람직하기로는 반복패턴에서 몇몇 혹은 모든 홈의 측각들이 직각을 형성하지 않아야 하며 즉, 서브어레이에서 입방체 역반사 소자들 일부 혹은 전부가 서로 다른 형상을 갖는 것이 바람직하다.

여러 종류의 혀상은 홈의 측각이 변화하는 것에 의한 것이며, 서브어레이에서 특별하게 생긴 유일한 입방체의 역반사 소자의 퍼텐셜 수(N_u)는 하기 수식으로 정의될 수도 있다.

N_u＝2(mno)/F

여기서, m, n 및 o는 서로 다른 3개의 홈세트(제3도 참조)에서 기본적인 반복패턴내에 존재하는 홈의 갯수를 나타낸다.

그리고 F는 최대로 큰 범 자연수 계수("1"을 포함할 수 있다)이며, 개별수 "m", "n" 및 "o"로 고르게 나뉘어질 수 있는 수이다(반복패턴은 완벽한 홈들로 구성되었음을 주지한다).

상기 "퍼텐셜" 용어는 반복패턴내의 홈의 측각이 일부 동일하다면 상기 방정식에 의해 주어진 특수한 형상의 소자의 총 갯수를 파악할 필요가 없기 때문에 부여된 것이다.

특수하게 생긴 입방체의 역반사 소자의 포텐셜수는 m, n 및 o의 수가 조합될 수도 있는 총 조합수(m, n 및 o를 모두 곱한 값에다 2를 곱해서 계산해내는데, 2를 곱하는 이유는 각 홈이 양쪽으로 존재하기 때문이다)보다 적은 것이 바람직하다. 이것은 다음의 두 경우로 나타낼 수 있다. 첫번째로 m＝5, n＝6 그리고 o＝7인 경우, 계산된 조합수 즉, 홈의 측각값이 다른 입방체의 역반사 소자는 420개이다. 반복패턴내의 홈의 수가 이수치이면 , 각 조합도 파악된다. 즉, 퍼텐셜수에 관한 상기 방정식에 의해 확인되었을때 서브어레이에는 420개의 서로 다른 입방체의 역반사 소자가 존재한다.

두번째로 m＝6, n＝6 그리고 o＝6인 경우, 입방체의 역반사 소자들에 대해 계산된 수는 432이다. 그러나, 입방체의 역반사 소자에 대한 퍼텐셜수는 전술한 방정식으로 확인된 바에 의하면 72이다.

두번째 경우에 있어서, 가능한 조합수 432개 대신에 72개만의 입방체 역반사 소자가 서브어레이에 존재한다는 것은 유익한 것이다. 왜냐하면 물품 디자이너에게 유연성을 줄 수 있기 때문이다. 즉, 디자이너는 원하는 발산 프로필을 얻기 위해 432개의 입방체의 역반사 소자로부터 72개의 세트를 선택할 수 있다. 두 경우를 비교해보면, 첫번째 경우에서는 디자이너가 420개의 서브어레이에서 420개의 입방체 역반사 소자 모두를 사용하는 것을 요구할 수도 있으며, 이로 인해 설계될 발산 프로필레 제한이 가해진다. 디자이너가 조합수를 선택할 수 있는 선택도는 설계효율계수로 표현될 수 있으며, 이 설계효율계수는 서브어레이내의 총 면각수(서브어레이에서 3개의 각 장점을 따라 존재하는 홈의 총수에다 2를 곱한 값과 동일함)를 서브어레이내에 존재하는 유일한 입방체의 역반사 소자의 총수로 나누고, 그 값에 100을 곱함으로써 산출된다. 전술한 수식을 사용해서 방정식으로 나타내면 다음과 같다.

설계효율계수＝(2)(m＋n＋o)(100)/N_u전술한 첫번째 경우에 있어서, 설계효율계수＝(2)(18)(100)/420＝8.6%이다.

전술한 두번째 경우에 있어서, 설계효율계수＝(2)(18)(100)/72＝50%이다. 여러 경우에 대해서는 하기 표 1에 기록된 바와 같다.

그리고 표 1은 바람직한 설계효율계수를 얻을 수 있는 방법에 대해서도 보여주고 있다. 최적의 결과는 설계효율계수가 적어도 25%일때 더욱 바람직하기로는 50% 또는 100%일때이다.

[표 1]

본 발명에 따른 물품에 있어서, 입방체 소자 배열은 빽빽하게 채워지지 않고 간격을 두고 채워지게 된다. 예컨대, 자동차의 테일램프에서 나온 빛이 상기 물품을 직접 투과할 수 있는 것처럼 빛이 상기 물품을 투과하겠끔 평면 간격을 두고 채워진다.

혹은 입방체 소자에 의해 점유될 수도 있는 배열의 일부분이 즉, 3개의 홈 교선에 의해 둘러싸이는 영역이 다른 구조체에 의해 점유되게끔 배열될 수도 있다. 입방체 소자들이 모두 서로 교차하는 3개의 홈들간에 존재하고 그 표면이 일부분이 입방체 소자에 제공될때만 입방체가 변경될 수 있는 그러한 물품에 상기 방정식을 적용한다.

본 발명에 다른 물품에서 입방체의 역반사 소자들로 구성되는 각 서브어레이는 너무 작아서 관찰자가 역반사 물품을 보게 되는 통상적인 시각위치에서 인간의 눈에 의해 식별될 수 없다.

일반적으로, 표면의 일부가 특수해서 보는 사람의 시계에 대해 겨우 1밀리라디안이므로 분해될 수 없다. 본 발명에 따른 물품의 관측 거리는 교통표지가 시야에 들어오는 곳에서부터 최소거리로 알려진 바 있기 때문에, 본 발명에 따른 물품의 서브어레이의 분해능 크기를 쉽게 결정할 수 있다. 대부분이 고가 표지는 적어도 100피트(30m) 거리에서부터 시야에 들어오고, 대부분의 노측 표지는 적어도 50피트(15m)에서부터 시야에 들어오고, 대부분의 차량 면허판은 적어도 20피트(6m)에서부터 시야에 들어오게 되는데, 이것은 각기 1.25인치(33.2cm), 0.625인치(1.6cm) 및 0.25인치(0.6cm)정도의 크기를 갖는 서브어레이는 전술한 표지판이나 면허판에서 분해될 수 없다는 것을 의미한다. 본 발명에 따른 물품은 평방인치당 수천개의 입방체 역반사 소자를 포함하기 때문에(평방 cm당 수백개의 입방체 역반사 소자를 포함하기 때문에), 훨씬 작아지고 분해가 불가능해진다. 상기 서브어레이는 대부분 약 0.5 혹은 1cm 이상의 크기를 갖는다.

서브어레이의 분해작업은 서브어레이들간의 가시 대비가 매우 낮고 즉, 서브어레이가 같은 물품내에서 그 형상이 변할 수도 있다는 것에 의해서도 방해를 받는다. 이 사실은 제5도에서 알 수 있다. 제5도는 a-b-c-a-b-c의 반복패턴을 갖는 제1홈세트와 d-e-f-d-e-f의 반복패턴을 갖는 제2홈세트와 g-h-i-g-h-i-g의 반복패턴을 갖는 제3홈세트를 사용하는 본 발명에 따른 물품의 홈패턴을 도시한 것이다.

어레이내의 입방체 소자들 즉, 삼각형 소자들은 번호로 식별되는데, 번호가 같은 것은 홈의 조합수가 같은 입방체 소자들을 의미한다. 따라서, "1"은 홈들(a,i 및 e)에 의해 정의되는 입방체 소자들에 사용된다. 정상적인 서브어레이 구조는 제5도에서 A로 도시한 바와같이 평행사변형일 수도 있지만, 서브어레이내의 완벽한 입방체 소자 세트에 대한 다른 경계선 즉, 다각형 A에 포함된 것과 동일한 소자들을 포함하는 다각형 B, C, D 및 E일 수도 있다. 그러므로, 관측자의 눈은 특수한 서브어레이를 분리시킬 수 없게 되는데 그 이유는 서브어레이가 동일 물품내에서 다양한 형상을 갖기 때문이다.

각 반복패턴내의 각 홈측각은 직각을 이룰 수도 있고 직각을 못이룰 수도 있지만, 어느 경우든 적어도 한 측각은 나머지 측각과는 다른값을 갖게 되는데, 이것은 한 세트내의 적어도 한개의 홈측각이 직각을 이루지 않는다는 것을 의미한다. 직각에서 벗어나는 각도는 통상 수 아아크-미뉴에이트(arc-minuate) 즉, 약15-30아아크-미뉴에이트이거나 그 이하이지만 이 값보다 큰 각도가 사용될 수 있다. 3각형으로 설정되는 직각의 입방체 역반사 소자를 얻는데 필용한 면각은 서로 교차하는 홈들 즉, 상기 입방체의 역반사 소자의 밑면에 의해 결정된다. 선택된 홈의 측각은 본 발명에 따른 물품을 ±1/2아아크-미뉴에이트 바람직하게는 ±1/4아아크-미뉴에이트 범위내로 주조할때 얻어진다. 주조 동작중에 전술한 것과는 다른 일탈이 발생할 수도 있지만, 이 일탈은 기껏해야 2 또는 3아아크-미뉴에이트이며, 바람직한 일탈값은 겨우 1 또는 2아아크-미뉴에이트이다.

본 발명은 크기가 다른 여러개의 입방체 역반사 소자로 실행될 수도 있다. 회절효과를 최소로 하길 원할때는 크기가 클수록 유용하며, 얇고 유연한 시이팅을 얻으려 할때는 크기가 작을수록 바람직하다. 후자용으로 사용하기 위해서는 입방체의 역반사 소자는 통상 기껏해야 약 1밀리미터 바람직하게는 0.5밀리미터 떨어져 배치되며, 이 경우에 있어서는 평당 cm당 수백개의 입방체 역반사 소자가 존재하게 된다. 본 발명에 따른 물품으로부터 역반사된 광에 대한 발산 혹은 관측 프로필을 정확하게 구체화 하기 위해서는 상기 소자로부터 나온 광비임이나 역반사된 비임이 면각의 결합을 제거하므로써 그리고 충분히 큰 입방체 소자를 사용함으로써 얻어질 수 있는 종류의 협소한 발산 프로필을 갖을 수 있도록 상기 입방체 소자를 적절히 선택해야 한다.

전술한 바와같이, 본 발명의 잇점은 홈의 양측을 따라 생성되는 면이 모두 정확하게 똑같은 각도를 갖는 V자 홈을 절삭할때 존재한다. 또한 이 동일한 면각은 절삭기구가 홈을 반복해서 생성할때마다 아주 정확하게 이루어진다.

입방체의 역반사 소자를 동일하게 만들 수 있는 이 정밀도에 의해 각 입방체의 역반사 소자들로부터 역반사되는 광패턴을 정확하게 중복시킬 수 있으므로 동일한 광학 디자인을 갖는 입방체 소자들간의 발산이나 교차를 최소화 할 수 있다. 이러한 정밀도는 광을 조절해서 이 광이 입사 각도로만 배향되게 하는데 큰 공헌을 했다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 역반사성 물품의 요철 표면을 형성하는 상기 홈들이 여러개의 서브어레이에 걸쳐 계속 신장하고 여러 각 서브어레이는 홈들의 반복패턴에 의해 생성되는 것이 좋다. 이러한 연속성 홈들은 각각 입방체의 역반사성 소자의 형성을 취하고 대규모 입방체의 역반사 소자(미합중국 특허 제3,833,285호)로 사용되는 핀을 개별적으로 형성하는 것과 대조되며, 미합중국 특허 제4,243,618호에 기술된 공정과도 대조된다. 이 공정에서는 핀다발에 의해 형성된 평평한 표면에 홈을 내고, 이 다발을 느슨하게 하여, 상기 핀들을 회전시킨 후 상기 다발을 재조립함으로써 약간 다르게 배향된 입방체의 역반사 소자들의 조운이 마련되는 배열을 사용했다. 연속성 홈을 사용하면 훨씬 편리하고 절삭하는데 비용이 저렴하게 들고 조운간의 경계선에서의 파열 및 반사도의 저하를 방지할 수 있다. 그러나, 본 발명은 개개의 핀들로 구성된 다발의 평면에 홈을 내고, 핀들에 새겨진 입방체의 역반사 소자의 방위를 가변시키기 위해 상기 핀들을 돌리므로써 역반사 물품으로 제조될 수도 있다. 일반적으로, 핀에 의해 제공되는 평평한 표면의 일부는 적어도 서브어레이의 상당한 영역으로서 역할을 담당한다.

제3도 및 제4도에 도시된 대표적인 패턴에서 알 수 있듯이, 홈의 측각을 변화시키는 편리한 방법은 본 발명에 따른 물품이 최종적으로 제조되어지는 마스터를 절삭하는데 사용되는 다이아몬드 바이트와 같은 V자형 공구를 180°회전시키는 것이다. 사실상, 제3도 및 제4도에 도시된 홈세트내의 여러 홈들은 서로 180°회전된 것과 같은 단면 형상을 갖는다. 또한, 홈의 직각성을 변화시키는 것은 홈형성시 사용되는 다이아몬드 바이트와 같은 V자형 공구를 기울어지게 하거나 옵셋팅 하는 것에 의해 달성될 수도 있다.

또한, 이 공구는 1세트 이상의 홈세트를 절삭하는데 사용될 수도 있다.

이상 설명한 바와같이, 각각 다르게 생긴 입방체의 역반사 소자는 특수하게 생긴 패턴 혹은 필드 즉, 별개의 형상을 가진 입방체의 역반사 소자에 의해 형성되어진 패턴 혹은 필드와는 다르게 생긴 패턴이나 필드내의 그 소자에 입사되는 광을 다시 배향하게 한다. 특수하게 생긴 소자에 의해 생성된 필드는 경험적으로 결정될 수 있으며, 즉 기하학적 광학기구(광선 추적가구) 및 회절 광학가구를 함께 사용하므로써 컴퓨터 투시를 통해 결정될 수도 있다. 기하학적 광학기구 즉 광선 추적기구는 비직교성 입방체의 역반사 소자를 지나가는 역반사된 광의 통로를 예측하고 상기 비임이 차단되는 평평한 평면상의 스포트 위치를 예측하는데 사용된다. 그러나, 이러한 광선 추적기구는 면들이 수 아아크-미뉴에이트만큼 직각을 이루지 않는 비직교성 입방체의 역반사 소자로부터 나오는 광분산 필드의 크기 및 윤곽을 완전하게 정의하기에는 부적합하다.

왜냐하면, 입방체 역반사 소자면들중 1면 이상을 직교형상 각도에서 일탈되게 하는 것은 상기 소자를 변화시키게 되기 때문인데 즉, 소자의 출구에 형성된 6개의 부속 구멍이 실제로 하나의 광학 구멍으로서 기능을 담당하는 상태에서 6개의 부속구멍이 개별적으로 각기 기능을 담당하여 서로 특수한 위상관계를 갖게 되는 상태로 변하게 한다. 부속구멍간의 위상관계는 발산 프로필에 큰 영향을 미친다. 이 효과는 출구 구멍내에서 증폭 및 위상관계를 둘다 고려한 푸에리에 분석과 같은 방법에 의해 계산될 수도 있다.

National Aeronautics and Space Administration, Goddard Space Flight Center, Contract NAS 5-11999, Task Assignment 842에서 입안되어 1977년 2월에 J. G. Kirk씨에 의해 저술된 CSC/TM-77/6054, Description of the Cube Corner Retroreflector Modeling Programs(Solid and Hollow)For Calculating Far-Field Diffraction Patterns를 참조한다.

제1도 및 제2도에 도시된 시이트물질은 미합중국 제4,588,258호(본 명세서에서 참조하고 있음)에 기술된 타잎의 것으로, 입방체 역반사 소자의 광학 장점은 상기 시이트물질의 정면에 대한 수직선으로부터 경사지게 된다. 이러한 기울어짐은 개개의 홈측부가 직교 형성 각도로부터 약간 떨어져 기울어지는 것과 다른것으로, 모든 입방체 소자는 미합중국 특허 제4,588,258호에 기술된 범위까지 기울어지고 그 소자의 편들은 기울이는 동작중에 서로에 대한 관련 위치를 유지하며, 상기 소자내의 2면각들은 미합중국 특허 제4,588,258호에 기술된 범위까지 경사진 후 계속해서 90°가 되도록 더 경사지게 된다. 본 발명에 있어서, 1개 이상의 홈세트에서 적어도 1개 이상의 홈측각은 비직교성 입방체의 역반사 소자를 생성하기 위해 상기 입방체 소자에서 2면각을 모두 90°로 하는 위치에서 벗어나 경사되어진다. 제1도에 도시된 바와같이, 미합중국 특허 제4,588,258호에서 기술된 바와같은 시이트물질에서, 입방체의 역반사 소자는 쌍으로 배열되고, 각 쌍을 이루는 각 소자는 서로 180°회전되는 것이다. 제1도에 도시된 바와같이, 미합중국 특허 제4,588,258호에 기술된 바와같은 시이트물질내의 입방체 역반사 소자의 기본평면(상기 소자의 출구 구멍과 일치함)은 이등변 삼각형이며, 이러한 삼각형에 포함되는 대표적인 각도는 70°, 55°및 65°이다.

본 발명은 입방체의 역반사 소자를 미합중국 특허 제4,588,258호의 방식으로 기울어지지 않게 하는 역반사 물품에 유용하다.

이러한 입방체 역반사 소자에 있어서 밑면은 등변 삼각형이다.

제1도 및 제2도에 도시된 본 발명에 따른 역반사 물품은 시이트물질로서 보관롤에 감겨질 수 있도록 유연성이 좋은 시이트물질이지만, 본 발명은 다른 역반사 물품으로도 유용하다. 즉, 강성체에 사용될 수 있으며 혹은 차량의 후방에 장착되는 반사기용 반사기몸체에 사용될 수 있으며, 혹은 도로상에서 달리는 차량의 헤드램프로부터 나오는 빛을 반사시키기 위해 마커의 측면에 부착된 입방체의 역반사 소자들을 갖고, 도로 표면의 차선에 부착되는 포장도로용 마커에 사용된다.

본 발명에 따른 역반사 물품은 제3도 및 제4도에 도시된 홈패턴을 형성하기 위해, 판을 스크라이빙하여 만든 톨링(미합중국 특허 제3,712,706호의 콜럼 17의 25행에서 컬럼 21의 44행까지 참조)을 사용하여 제조된다. 그리고, 홈이 파여진 판은 마스터로서 사용되며 예컨대, 전자식 성형 공정시에 주조물을 형성해서 본 발명에 따른 물품을 주조하고 부조세공하고 또다른 주조를 할 수 있게 한다. 이 물품을 제조하는 데에는 열가소성 아크릴레이트 지지된 중합체, 특히 충격변형 버젼, 폴리카르보네이트, 비닐중합체, 셀룰로우즈 아세테이트 부티레이트 및 폴리우레탄과 같은 여러 종류의 투명물질, 혹은 마틴스씨의 미합중국 특허 제4,576,850호 혹은 바버씨의 미합중국 특허 제4,582,885호에 기술된 것과 같은 반응성 중합체 시스템이 사용될 수도 있다.

본 발명을 하기의 실시예로 더욱 상세히 설명하겠다.

[실시예 1]

본 실시예는 본 발명에 따른 역반사 물품에 대한 발산 프로필을 결정할 수 있는 공정을 도시한 것이며, 제6도 내지 제9도를 사용하여 이하 기술한다. 제6a도는 도로상에서 달리고 있는 차량(20)과, 노측위의 표시가능한 위치에 장착된 교통표지(21)와, 운전자의 눈(22)과의 관계를 수직평면상에 개략적으로 도시한 것이다. 이 도면에서 V

는 차량의 헤드램프에서 나오는 빛의 조사축(23)상에서 이동되는 빛의 입사각도(즉, 수직평면상에서 입사각도)의 수직성분이고, V_α는 운전자의 관측 각도의 수직성분이고, D는 차량의 헤드램프와 교통표지와의 거리이고, d는 헤드램프와 상기 교통표지의 중심거리이고, H는 헤드램프와 교통표지 중심과의 거리이고, h는 헤드램프와 운전자눈과의 거리이다. 상기 관측 각도의 수직성분(V_α)는 하기 수식으로 이루어진다.

V_α＝아아크 탄젠트[(D＋d)/(H－h)]－[아아크 탄젠트 D/H]

제6b도는 차량, 운전자 및 교통표지와의 관계를 수평면상으로 도시한 것이며, 이 도면에서 H_αR은 차량의 우측 헤드램프에 대한 관측 각도의 수평성분이고, H_αL은 차량의 좌측 헤드램프에 대한 관측 각도의 수평성분이다.

_xR은 운전자와 우측 헤드램프와의 거리이고,_xL은 운전자와 좌측 헤드램프와의 거리이다.

관측 각도에 대한 수평성분값은 하기 방정식으로 주어지며, 이 식은 운전자와 교통표지의 기준축과의 거리를 무시하고 간단히 표시되었다.

H_αR＝아아크 탄젠트(_xR/D)

H_αR＝아아크 탄젠트(_xL/D)

H＝19.4피트, d＝8.5피트, h＝2.5피트,_xR＝2.75피트라고 가정하고, 상기 식을 사용하면, 각 거리 D에 대한 V_α값, H_αR 값, H_αL 값이 하기 표에 도시한 바와같이 산출된다.

[표 2]

H＝19.4'(21.5-2.1) X_R＝2.75'

h＝2.5' X_L＝ .75'

d＝8.5'

제7도는 표 2에 기록된 값을 플로트한 것으로, 우측 헤드램프에 대한 관측 각도의 수평성분은 가로좌표에 표시되고 관측 각도의 수직성분은 세로좌표에 표시되었다. 좌측 상단에 도시된 실선은 거리 D위치에서 우측 헤드램프로부터 벽반사된 빛에 대한 운전자의 관측 각도를 도시한 것이므로, 교통표지에 의해 역반사된 우측 헤드램프 빛에 대한 원하는 발산 프로필을 표시한 것이다. 따라서, 우측 상단부에 도시된 점선은 교통표지에 의해 역반사된 좌측 헤드램프의 빛에 대한 원하는 발산 프로필을 나타낸다. 두 곡선상에서 점들(q,r,s,t 및 u)은 각기 2,000피트, 1,500피트, 1,000피트, 500피트 및 250피트를 의미한다.

따라서, 제7도는 제6도에 도시된 상황중에 교통표지(21)에 의해 역반사된 빛에 대한 이상적인 발산 혹은 관측 프로필을 나타낸 것이다. 이상적인 상태는 실제로 발생하지 않기 때문에(예컨대, 차량은 차선에서 약간 벗어난 위치에 위치하게 되고, 운전자의 좌석 높이가 다르게 된다든가 등등), 제7도에 도시된 일점쇄선에 의해 정의되는 광범위한 프로필이 실제로 요구된다.

또한 이 일점쇄선 프로필은 실선과 점선과의 영역을 포함하는데, 그 이유는 모터사이클과 같은 어떤 차량은 하나의 헤드램프를 갖기 때문이며, 버스 혹은 트럭과 같은 차량의 운전자는 전술한 운전자의 좌석위치보다 높은 곳에 위치하기 때문이다.

제7도에서 일점쇄선으로 도시된 프로필은 서브어레이가 8개의 입방체 배열(즉, 특수하게 생긴 8개의 입방체 소자가 배열에 존재하는 경우)로 구성되는 본 발명에 따른 역반사 물품에서 얻어질 수도 있다. 이러한 타잎의 대표적인 배열은 제8도에 개략적으로 도시되었다. 그리고 표 3은 개개의 입방체 소자의 면각이 직교형성 각도에서 일탈되는 각도들을 나타낸 것이다(이 경우에 있어서, 평행하는 3개의 홈세트는 서로 60°로 교차하고 개개의 입방체 역반사 소자의 밑면은 등변 삼각형이고 모든 홈의 측각이 35.264°이면 직교성이 성립된다).

동일한 홈의 측각 혹은 면각을 갖는 면들은 동일한 문자로 표시했다.

[표 3]

a＝－0.058° g＝－0.145°

b＝－0.145° h＝－0.058°

c＝－0.058° i＝＋0.145°

d＝－0.291° j＝－0.058°

e＝－0.291° k＝＋0.145°

f＝－0.058° l＝＋0.058°

빛이 전술한 바와같은 각도를 갖는 시이트물질에서 기준축을 따라 비임될때, 역반사된 빛은 제7도의 일점쇄선에 의해 정의되는 프로필을 갖게 되며, 예컨대 역반사된 빛이 기준축에 대해 수직인 평면에 의해 차단되면 일점쇄선에 의해 정의되는 패턴으로 상기 평면을 비추게 된다. 제9도는 이것을 도시한 것으로, 제8도에 도시된 배열내의 입방체 소자의 면들로부터 빛이 분산되었을때 빛의 스포트 혹은 비임패턴을 나타낸 것이다. 제7도에 일점쇄선으로 도시된 프로필을 갖는 광비임을 형성하기 위해 직교형성 각도로 있는 입방체 소자의 면을 이동시킬때, 원하는 비임으로부터 180°회전된 동일한 비임이 발생되는데, 이것은 물품으로부터의 완전한 역반사가 제9도에 도시된 형상 혹은 발산 프로필을 갖게 되어 "개뼈" 형상을 이루게 된다는 것을 의미한다. 이 개뼈형상의 하부는 무시될 수도 있다. 왜냐하면 상기 패턴의 그 부분을 볼 수 있는 위치에 있는 운전자는 아무도 없기 때문이다.

역반사 물품은 상기 프로필내에서 빛을 고르게 분산시킬 필요가 없으며 때로는 분산시키지 않는다. 예컨대, 제7도에서 점(q) 주변의 프로필 영역은 운전자가 먼거리(2,000피트)에 위치할때 시야에 들어온 빛을 나타내고, 상기 거리를 두고 위치한 헤드램프에서 나온 빛이 교통표지에 부딪혔을때 그 빛의 세기가 가까운 거리에서 나온 빛이 상기 교통표지에 부딪혔을때의 빛의 세기보다 떨어지기 때문에, 상기 물품은 역반사된 빛을 프로필의 상기 영역내로 훨씬 많이 배향시킨다. 제9도는 이것을 도시한 것으로, 입방체 소자들의 여러면들이 광비임을 배향시킨 곳의 원을 짙게 점채하는 방식을 사용하고 있다. 상기 원래의 스포트들은 면으로부터 나온 비임을 표시하는 것이며, 이 원의 크기는 각 비임내의 벨모양의 광분산 범위내로 광량을 표시할 수 있도록 선택된다.

[실시예 2]

본 실시예는 본 발명이 빛을 입방체의 역반사 물품으로부터 역반사시킬 수 있게 하는 회전 대칭의 개선책을 나타낸 것이다.

비교할 목적으로 호프맨씨의 미합중국 특허 제4,588,258호에 기재된 것과 유사한 폴리카보네이트 시이팅을 홈이 파여진 마스터를 전자성형하여 만든 니켈 주조물로 만들었다. 상기 폴리카보네이트 시이팅은 입사각도를 증가시키기 위해 상기 특허에 명시된 바와같이 경사진 입방체 역반사 소자축을 갖는다. 상기 시이팅내의 모든 입방체 소자들은 직교하고 동일한 형상을 갖는다. 특히, 홈의 측각은 88.887°, 60.640°및 60.640°로 이루어졌다(홈의 측각은 홈의 각도의 1/2이다). 70°, 55°및 55°로 구성된 시이팅의 밑면과 전술한 이각들은 밑면의 삼각형과 함께 직각을 이루는 각도이다. 88.887°의 홈간의 간격은 0.013948인치이었고, 60.640°의 홈간의 간격은 0.016인치이었다.

홈의 측각이 제3도에 도시된 홈패턴과 유사한 비교용 시이팅의 직교형성 각도와는 다른 점만 제외하고, 상기 비교용 시이팅과 거의 유사한 본 발명에 따른 역반사 시이팅을 제조하였다. 각도 a 내지 f는 직교형성 각도로부터 하기 아아크 미뉴에이트만큼 일탈되게 하는 것을 목적으로 한 것이다.

a＝＋2.3 d＝＋2.3

b＝－5 e＝＋2.3

c＝＋2.3 f＝－5

표 4는 본 실시예의 반사성 시이팅과 비교용 시이팅상에서 현재 각도와 관측 각도에 대해 측정된 최대 역반사 세기 및 최소 역반사 세기를 나타낸 것이다. 이외에도 최대 세기 및 최소 세기간의 차이도 나타내고, 최대 세기에 견딜 수 있는 상기 차이를 %로 나타내고 있다.

[표 4]

현재 각도에서의 역반사 세기의 변화는 본 발명의 시이팅에서 대폭 감소된다는 것을 알 수 있다.

제10도 내지 제13도는 역반사 명도차를 도시한 것으로, 제10도와 제12도는 세기가 동일한 것을 등고선으로 각기 도시한 것이고, 제11도와 제13도는 발산에 대한 레이디얼-플로트이다. 제10도와 제11도는 비교용 시이팅에 따른 결과를 도시한 것이고, 제12도와 제13도는 본 실시예에 따른 결과를 도시한 것이다.

본 발명의 잇점은 상기 실시예 2에서 사용된 입방체 소자보다 작은 소자에서 얻어질 수 있다는 것이다. 예컨대, 실시예 2의 홈들간의 간격이 2만큼 감소될때(즉, 상기 간격이 종래의 간격의 1/2인 경우), 그리고 직교형성 각도로부터 일탈되는 상기 반복패턴내의 각도가 2만큼 증가했을때, 관련 광패턴과 실시예 2에서 언급된 대칭을 유지시켜줘야 하며, 이러한 시이팅은 광범위한 발산 프로필을 갖는데, 예컨대 관측 각도가 작은 곳에서의 명도보다 다소 떨어지지만 관측 각도가 큰곳에서도 시야에 들어오게 된다.

일반적으로, 어떤 특수 물품은 간격이 실시예 2에서처럼 1/p이고 직교형성 각도로부터의 일탈각도가 실시예 2에서 사용된 p배인 홈을 사용한다(p는 2 내지 2.67이내가 바람직하다).

실시예 3과 실시예 4에 대한 개요

다음 두실시예는 입방체의 역반사 물품에서의 다른 문제점 즉, 물품의 디멘죤이 변화했을때 역반사 명도 손실에 대한 감도와 관련해서 본 발명이 제공하게 되는 잇점을 도시한 것이다.

입방체 역반사 소자들은 노측을 따라 설치된 교통표지판에서 발생하게 되는 끊임없는 온도 사이클링 동안 혹은 새롭게 주조된 입방체의 역반사 물품을 냉각시키는 동안 상기 물품으로부터의 역반사 세기를 대폭 변화시킬 수 있도록 그 형상이 약간 변화하는데 구조를 요구한다. 본 발명에 따른 양호한 물품에 있어서, 홈세트중 적어도 한세트는 입방체 소자의 직교성을 유지하는데 필요한 각도를 초과하는 홈측각을 적어도 하나 포함하고, 직교성을 유지하는데 필요한 각도보다 작은 홈측각을 적어도 하나 포함한다. 이러한 홈패턴을 가진 물품은 역반사 특성 변화에서부터 물품 디멘죤 변화에 걸쳐 부적합하다는 것을 알 수 있다. 역반사 물품의 디멘죤을 변화시키면, 직교성을 유지하는데 필요한 각도에 근접한 홈측각은 적어도 하나 갖게되며, 이로 인해 다른 홈측각의 직교성에 대한 어떤 손실을 보상할 수 있다.

[실시예 3]

개성된 에러 허용오차에 대한 증명

(또는 세공공정의 온도변화에 대한 훨씬 안정한 응답)

홈이 파여진 마스터를 전자 성형하여 만든 2개의 니켈 주조물은 서로 다른 두 세공공정 온도에서 플라스틱 필름을 세공하는데 사용되었다. 온도가 다른 세공온도는 역반사 명도가 다른 시이트물질을 생성하는 것으로 알려져 있으며, 그 명백한 이유로 입방체의 역반사 소자의 형상이 온도값에 영향을 받는 것을 들 수 있다.

두 주조물을 비교하면 제1주조물은 명목상 기하학 구조의 입방체 역반사 소자 배열(미합중국 특허 제4,588,258호에 기술된 것과 유사한 배열)을 포함하고, 그 홈의 각도는 88.792°, 60.585°및 60.540°이고, 홈의 측각은 이 각도들의 절반값이고, 상기 88.792°에 대한 홈간의 간격은 0.016인치이고 60.585°에 대한 홈간의 간격은 0.013948인치이다. 제2주조물은 본 발명에 따른 시이트물질을 만들도록 설계된 것으로, 제3도에 도시된 것과 유사한 반복패턴을 갖고 서로 교차하는 홈세트에 의해 정의되는 점만 제외하고 제1주조물의 크기 및 기본적인 기하학적 구조면에서 동일한 입방체의 역반사 소자를 포함하며, 상기 패턴은 "m" 세트의 "a"와 "b" 각도들이 "g"와 "h"로 대치되는 점만 제외하고 제3도의 패턴과 동일하며, 하기의 표 5는 각 홈의 측각에 대해 직각 형성 각도로부터의 일탈을 아아크-미뉴에이트로 나타낸 것이다.

[표 5]

a＝－4.6 e＝－5.3

b＝＋2.6 f＝＋2.0

c＝＋2.0 g＝－3.8

d＝＋2.0 h＝＋3.4

제1주조물은 (11.25인치)×(11인치)의 패턴영역을 가지며 그 두께는 0.0249인치이다. 제2주조물은 (11.5인치)×(11.5인치)의 패턴영역을 가지며 그 두께는 0.0237인치이다.

사용된 플라스틱필름은 (10.5인치)×(10.5인치)×(0.030인치)의 아크릴 필름이다(플렉시글라스 DR 수지는 Rohn and Haus Corporation에서 제조된다). 주조공정에 들어가기전에, 플라스틱 필름을 주조패턴 위에 놓고 계속해서 (11인치)×(11인치)×(0.004인치)의 폴리에스터 필름, (12.5인치)×(13인치)×(0.051인치)의 크롬판 및 (16인치)×(16인치)×(0.034인치)의 카드보드 시이트를 얹는다. 이 주조물 위에 (12.5인치)×(13인치)×(0.051인치)의 두번째 크롬판을 얹는다. 그리고 이것들을 오일-가열성 가압판위에 놓고 상부 가압판에 대해 카드보드와 함께 압축한다. 상기 프레스는 10,000파운드 힘으로 폐쇄되고 원하는 세공공정 온도로 가열된다. 원하는 온도에 이르렀을때, 상시 힘은 100,000파운드로 증가되고 상기 온도는 20초 동안 유지된다. 20초가 경과한 후, 상기 적층물은 가압판 온도가 160℉에 이를때까지 고압력하에서 냉각한다.

이때, 상기 프레스는 개방되고 상기 적층물은 제거된다. 밑에 놓인 크롬판의 표면 온도가 110℉에 이를때, 상기 적층물은 갈라지고 세공된 입방체 역반사 시이트물질은 상기 주조물로부터 이탈된다. 각 주조물은 300℉와 380℉에서 시이트물질을 세공하는데 사용되므로 4개의 시이트물질이 생성된다.

1인치 직경을 가진 영역에서의 반사 명도는 입사각도가 －4°이고 15° 내지 360°의 현재 각도와 0.2°와 0.5°의 관찰각도에 걸쳐 회전각도가 일정한 조건하에서 미합중국 Defensive Publiccation T987,003에 기재된 것과 유사한 역발계 측정기로 측정되었다.

표 6은 현재 각도에 대해 측정된 명도를 canclelas/lux/㎡으로 나타낸 것이다.

[표 6]

두 세공온도(300℉와 380℉)에서 제작된 시이트물질간의 명도차(%)를 각 관측 각도에서 각 주조물의 각 현재 각도에 대해 측정했고, 표 7에 이것을 나타내었다.

[표 7]

전술한 데이타로부터 평균 변화량, 표준 일탈변화량, 상기 평균값에 대한 95% 신뢰 범위를 계산해내어 그 결과를 표 8에 도시했다. 이외에도 표 8은 전술한 것과 동일한 공정을 사용하는 4개의 주조물/세공온도 조합 각각에서 또다른 두 세공공정에 대한 결과도 도시하고 있다. 이러한 세공공정은 전술한 바와같이 계산되었고, 세 세공공정에 있어서 300° 및 380°온도에서 프레싱되는 중간동안 일어나는 명도 변화의 평균 %도 계산되었고, 이 결과들은 "반복시험"이란 타이틀 아래에 요약되어 있다.

[표 8]

표 8은 그 결과를 나타낸 것으로, 두 관측온도에서 제2주조물(본 발명에 따른 시이트물질)에 대한 두 세공온도간의 평균 변화(%)는 제1구조물에 대한 두 세공온도간의 평균 변화보다도 훨씬 낮다는 것을 나타내며, 이로 인해 본 발명에 따른 시이팅이 세공공정중에 발생할 수도 있는 에러에 대해 비교용 시이팅보다 훨씬 안정성을 갖는다.

[실시예 4]

개선된 에러 허용오차에 대한 증명

(혹은 사용도중 생성물의 디멘죤 변화에 대한 훨씬 안전한 응답)

본 실시예에 있어서, 세공된 2개의 플라스틱 입방체 시이트물질(그중 하나는 비교용이고, 나머지 하나는 본 발명에 따른 것이다)을 물품의 명도에 관련된 디멘죤 변화의 효과를 결정하기 위해 펼쳤다. 플라스틱의 입방체 시이트물질이나 필름 제품은 공통적으로 사용도중에 디멘죤 변화를 일으켰다. 상기 변화는 일반적으로, 온도 및 습기 변화에 기인한 제품의 팽창 또는 수축에 의해서 또는 윤곽 형성극과 같은 소형 요동장치 주변에서 제품을 구부릴때의 변형에 의해서 야기될 수도 있다. 제품의 명도는 전술한 디멘죤 변화가 발생했을때 약간이라도 변경되지 않는 것이 바람직하다.

두 시이트물질은 폴리카보네이트 필름(레산 수진는 제네럴 일렉트릭 코오포레이숀에 의해 제조됨)으로 제조되었다.

비교용 시이트물질은 0.0125인치의 두께를 갖는 필름이며, 이 필름은 동일한 형상을 가지며 홈각도가 88.832°, 60.569°및 60.530°이며(홈의 측각은 전술한 각도의 절반값이다), 홈간의 간격은 실시예 2에서 설명된 간격과 동일한 필름이다.

각 시이트물질을 88°홈의 방향과 평행하게 길이방향으로 절단해서 (4.8인치)×(1.25인치)의 스트립을 형성한다. 그리고 한 스트립을 한번에 늘리고 그리고 늘어난 변형부분에서 스트립의 명도를 측정했다. 미합중국 방어 공개 T987,003에 기술된 것과 같은 반사 광도계에 상기 스트립을 위치시키되, 상기 스트립의 장축이 입사각도가 가변될 수도 있는 범위에 걸친 축에 대해 수직이 되게 위치된다. 마이크로미터로 늘어난 길이를 측정하고, 늘어난 부분에서 입사각도가 －4°이고, 관측 각도가 0.2°일때 상기 스트립의 명도를 측정했다. 표 9는 상기 두 시이트물질에 대해 측정된 데이타를 나타낸 것이다.

[표 9]

늘인후의 명도 %

비교용 시이트물질

초기 명도 1560 Candelas/Lux/㎡

본 발명에 따른 시이트물질

초기의 명도 1600 Cadelas/Lux/㎡

제14도는 각 시이트물질에 있어서 명도(cd/lx/㎡)(초기 명도에 대해 백분율로 나타냄)대 신장길이(mils)와의 관계를 나타낸 것으로, 곡선(1)은 비교용 시이트물질에 대한 결과이고 곡선(2)은 본 발명에 따른 시이트물질에 대한 결과이다. 신장길이가 동일한 조건하에서 명도 변화는 비교용 시이트물질에서 보다 본 발명에 따른 시이트물질에서 적게 발생한다. 이러한 결과는 시험되는 변형 범위내에서의 명도 응답이 비교용 시이트물질에서 보다 본 발명에 따른 시이트물질에서 적다는 것을 의미한다.

[실시예 5]

(공간에서 볼 수 있는 이미지를 제공하는 역반사 물품)

이상 설명한 바와같이, 반투명 스크린과 같은 평평한 표면이 본 빌명에 따른 역반사 물품으로부터 역반사되는 광의 원뿔형 통로내에 배치될때, 상기 원뿔형 통로에 대한 발산 프로필이 상기 스크린에 나타나게 된다. 어떤 경우에는 상기 프로필에 포함된 빛을 보기 위해 표면에 상기 프로필을 투영할 필요가 없다.

상기 역반사 물품이 관찰자의 시계보다 클 경우, 역반사된 광은 반투명 스크린 물질없이도 볼 수 있는 이미지를 형성할 수 있고, 상기 이미지는 공간에 나타나게 된다.

제15도는 본 발명의 개요를 나타낸 것으로, 상기 도면에서 역반사 시이트물질(25)은 복도(26)의 끝쪽에 위치해 있다.

램프(27)는 출구(29)옆의 복도벽(28)에 장착되어 역반사 시이트물질(25)에 빛을 비춘다. 상기 시이트물질(25)은 출구(29)를 가르키는 화살표 이미지(30)를 생성하도록 설계된 것으로, 이 화살표(30)는 관찰자(31)에게는 문앞의 공간에 직접 떠있는 것처럼 보여진다. 제16도는 이러한 화살표 모양의 디자인을 제공하는 패턴을 도시한 것이고, 표 10은 35.264°의 직각 형성 각도값에서 일탈되는 면각을 아아크-미뉴에이트로 나타낸 것이다. 이러한 패턴은 180°회전된 화살표 2개를 생성할 수 있지만, 시이팅 및 광원의 배치에 따라 두번째 화살표가 벽내의 어떤 점에 위치하게 되므로, 관찰자에게는 보이지 않게 하는 것이 가능하다.

[표 10]

A＝－22 D＝＋24

B＝－43 E＝－36

C＝＋25 F＝－21

[용어 해설]

홈의 측각-홈의 측부와 어떤 면과의 각도로서, 상기 면은 상기 홈의 길이와 나란하게 신장하면서 서로교차하는 V자형 홈세트의 밑면 모서리에 의해 정의되는 면에 신장하는 면으로 정의된다.

기준중심-자체 성능을 규정지을 목적으로 장치의 중심이 되도록 설계된 역반사체상의 한점 혹은 인접한 한점.

조명축-상기 기준 중심에서부터 조사원의 중심까지의 라인 세그먼트.

관측축-상기 기준 중심에서부터 빛을 받는 사람 즉 관측자의 중심까지의 라인 세그먼트.

기준축-역반사체의 각도위치를 결정하는데 사용되고 본 발명에 따른 시이트물질을 갖는 대부분의 물품에 대한 기준 중심으로부터 지시되고 상기 물품의 정면에 대해 수직인 라인.

입사각도-조명축과 기준축과의 각도.

현재 각도-입사평면(조명축과 기준축에 의해 형성되는 평면)과 관측평면(조명축과 관측축에 의해 형성되는 평면)간에 형성되는 2면 각도.

기준표시-기준축이 회전하는 경우 역반사체의 방위를 지시하는데 사용되는 역반사체상의 표시.

관측 반평면-조명축상에서 시작되며 관측축을 포함하는 반평면.

제1축-기준중심을 통과하고 상기 관측 반평면에 수직인 축.

제2축-기준중심을 통과하고 상기 제1축과 상기 기준축에 수직인 축.

회전각도-기준축에서 시작되어 제2축의 정의 부분(즉, 제2축의 일부분이면서 관측 반평면에 속하는 부분)을 포함하는 반평면에서부터 상기 기준축에서 시작하고 상기 기준표시를 포함하는 반평면까지의 2면 각도이다. 상기 기준표시가 물품의 기준중심과 수직적으로 일치하고, 빛을 받는 사람 즉 관측자가 조명축과 수직적으로 일치하고, 상기 조명축이 상기 물품의 정면에 대해 수직일때, 상기 회전각도와 현재 각도는 동일하게 이동한다. 개선된 회전대칭을 갖는 본 발명에 따른 시이팅은 유용하다. 왜냐하면, 상기 시이팅이 다른 각도 방위로 장착되는 것에 의해 야기되는 발산 프로필의 차를 최소화 할 수 있기 때문이다.

뷰잉 각도-관측축과 기준축간에 형성되는 각도.

발산 프로필-γ 좌표상의 관측 각도와 θ 좌표상의 현재 각도의 함수로 역반사 세기를 플로트한 폴라 플로트.

관측 프로필 또는 뷰잉 프로필-상기 발산 프로필과 유시한 폴라 플로트이지만, 본 발명에 따른 역반사성 물품에 대해 관측자의 응시위치 범위를 한정하는 점이 다르다. 역반사 물품의 발산 프로필과 예상되는 관측 또는 뷰잉 프로필이 일치하면 이상적이다.

본 명세서에서 사용된 상기 발산 프로필이라는 용어는 빛이 반사체를 통과했을때 광패턴을 강조한 반면에 관측 혹은 뷰잉 프로필이란 용어는 관측자가 빛을 인지할 수 있는 것에 역점을 둔 것이다.

Claims

입방체 역반사 소자들을 한쪽에 부착시키고, 상기 소자들의 3개의 측반사면들은 평행의 V자형 홈세트 3개를 교차시키는 것에 의해 형성되며, 상기 홈들은 홈측각을 갖고, 각각의 홈측각은 홈의 측부와 상기 3개의 V자형 교차 홈세트의 밑면 모서리에 의해 형성된 평면에 수직으로 연장되어 있는 평면 사이에 형성된 홈측각을 갖는 역반사 물품에 있어서, 하나 이상의 상기 홈세트는 서로 다른 두개 이상의 홈측각을 반복패턴으로 포함하는데, 상기 입방체 역반사 소자 어레이는 반복성 서브어레이로 분할되고, 각 서브어레이는 입사광을 특수하게 생긴 광패턴으로 역반사시키는 특수한 형상을 갖는 다수의 입방체 역반사 소자들을 구비하며, 상기 광패턴의 형상은 입방체 역반사 소자들의 배열에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 역반사 물품.
제1항에 있어서, V자형 홈세트중 적어도 2세트는 한 홈측각 값이 나머지 홈측각 값과 다른 홈측각을 반복패턴으로 포함하는 것을 특징으로 하는 역반사 물품.
제1항에 있어서, V자형 홈세트중 적어도 3세트는 한 홈측각 값이 나머지 홈측각 값과 다른 홈측각을 반복패턴으로 포함하는 것을 특징으로 하는 역반사 물품.
제1항에 있어서, 상기 홈세트중 적어도 하나는 직교될 홈측각들에 의해 결정되는 입방체 역반사 소자의 모든 2면각에 필요한 각도와 다른 적어도 2개의 홈측각을 반복패턴으로 포함하는 것을 특징으로 하는 역반사 물품.
제1항 내지 제3항중 어느 한항에 있어서, 적어도 한 홈세트내에 반복패턴으로 존재하는 모든 홈측각들은 직교될 홈측각들에 의해 결정되는 입방체 역반사 소자의 모든 2면각에 필요한 각도와 다른 것을 특징으로 하는 역반사 물품.
제1항에 있어서, 유사하게 생긴 소자를 제1소자에 대해 180°회전시킴으로써 특수하게 생긴 소자들이 일치하게 되게끔 어레이내의 입방체 역반사 소자는 쌍으로 배열되는 것을 특징으로 하는 역반사 물품.
제1항에 있어서, 적어도 한 홈세트의 패턴은 a-b-b-a 패턴이고, 상기 "a"와 "b"는 각기 다른 홈측각인 것을 특징으로 하는 역반사 물품.
제1항에 있어서, N_u＜C이고, 여기서 N_u는 하기 방정식으로 결정되는 서브어레이의 입방체 역반사 소자의 포텐셜수이고, N_u＝2(mno/F), 여기서 m,n 및 o는 세개의 각 홈세트의 반복패턴내의 홈의 갯수이고, F는 상기 m,n 및 o로 고르게 나누어질 수 있는 최대의 범자연수이며, C는 C＝2(mno) 식으로부터 산출되는 예측 조합수인 것을 특징으로 하는 역반사 물품.
제1항에 있어서, 설계효율계수는 적어도 25%인 것을 특징으로 하는 역반사 물품.
제1항에 있어서, 상기 홈측각들은 다른 영역에서 보다는, 상기 역반사 물품의 발산 프로필의 어떠 한영역에 훨씬 많은 역반사된 광을 집중시키는 입방체 역반사 소자를 형성하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 역반사 물품.
제1항에 있어서, 0°의 입사각을 갖는 광은 0°의 입사각을 갖는 광이 물품에 의해서 역반사되는 패턴과 비례하는 방식으로 역반사되고, 상기 제1홈세트의 홈측각은 b-c-d-a 패턴으로 구성되며, 상기 제2홈세트의 홈측각은 f-g-h-e 패턴으로 구성되고, 상기 제3홈세트의 홈측각은 j-k-l-i 패턴으로 구성되며, 상기 홈측각은 직교성 이면각을 생성하는 35, 264°의 홈측각 디멘죤과 다른 하기 각을 갖는 것을 특징으로 하는 역반사 물품.

a＝－0.058° g＝－0.145°

b＝－0.145° h＝－0.058°

c＝－0.059° i＝＋0.145°

d＝－0.291° j＝－0.058°

e＝－0.291° k＝＋0.145°

f＝－0.058° l＝＋0.058°
제1항 내지 제4항중 어느 한항에 있어서, 특수한 광패턴들이 합해지는 교통제어표지를 가지며, 서브어레이내의 특수한 입방체 역반사 소자의 역반사 입사광은 어레이내의 입방체 역반사 소자가 모두 동일한 물품에서 나오는 역반사 발산 프로필과 일치한다기 보다는 상기 교통제어표지에 대해 예측되는 관측 프로필과 거의 일치하는 전역 반사 발산 프로필을 생성하는 것을 특징으로 하는 역반사 물품.
제1항에 있어서, 핀다발에 의해 형성되는 평면에 홈을 내어 만든 세공품으로 제조되며, 상기 평면의 일부분은 적어도 각 서브어레이의 영역만큼 큰 핀에 의해 형성되고 상기 핀들중 적어도 일부는 홈을 파내는 동작을 마친후 회전시켜 재조립한 것을 특징으로 하는 역반사 물품.
제1항에 있어서, 입방체 역반사 소자들의 광학축은 물품의 입사 각도를 증가시키기 위해 상기 소자의 모서리를 향해 기울어진 것을 특징으로 하는 역반사 물품.
제1항 내지 제4항중 어느 한항에 있어서, 상기 홈측각들은, 상기 입방체 역반사 소자들에 의해 생성된 특수하게 생긴 광패턴들의 합이 상기 어레이의 모든 입방체 역반사 소자들이 동일하게 구성되어 있는 물품으로부터 나온 역반사 광패턴보다 훨씬 큰 회전 대칭을 갖는 전체 역반사 광패턴을 생성하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 역반사 물품.
제1항 내지 제4항중 어느 한항에 있어서, 적어도 한 홈세트내의 한 홈측각은 홈측부에 의해 결정되는 소자의 한면과 함께 직교 교선을 형성하는 각도를 초과하고, 나머지 홈측각은 상기 각도보다 작은 것을 특징으로 하는 역반사 물품.