JPH10123309A - 三角錐型キューブコーナー再帰反射シート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】道路標識、工事標識等の標識類、自動車、オー
トバイ等の車両のナンバープレート類、衣料、救命具等
の安全資材類、看板等のマーキング、可視光、レーザー
光又は紫外光反射型センサー類の反射板等において有用
な、入射角特性及び観察角特性が顕著に改善された三角
錐型キューブコーナー再帰反射シートの提供。 【構成】底面の三角形の形状が略二等辺三角形をなす三
角錐型キューブコーナー再帰反射素子が、その底面の二
等辺以外の底辺を共有し、この共有する底辺に対して略
対称となるような底面を有する他の再帰反射素子と素子
対を形成して最密充填状に配置されており、該三角錐型
反射素子の頂点からの垂線の該底面との交点から該素子
対の共有する底辺までの距離（p）と、該三角錐型反射
素子の光学軸の該底面との交点から該素子対の共有する
底辺までの距離（q）との差（q−p）がプラスとなるよ
うな方向に、該光学軸が特定範囲だけ傾いており、且つ
該三角錐型反射素子の有効開口部の面積が特定の範囲で
ある三角錐型キューブコーナー再帰反射シート。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、道路標識、工事標識等
の標識類、自動車、オートバイ等の車両のナンバープレ
ート類、衣料、救命具等の安全資材類、看板等のマーキ
ング、可視光、レーザー光又は紫外光反射型センサー類
の反射板等において有用な三角錐型キューブコーナー再
帰反射シートに関する。

【０００２】さらに詳しくは、共通する一平面上に、底
面の三角形の形状が略二等辺三角形をなす三角錐型キュ
ーブコーナー再帰反射素子が、その底面の二等辺以外の
底辺を共有し、この共有する底辺に対して略対称となる
ような底面を有する他の再帰反射素子と互いに向き合っ
た素子対をなして最密充填状に配置されており、該三角
錐型反射素子の頂点からの垂線の該底面との交点から該
素子対の共有する底辺までの距離（p）と、該三角錐型
反射素子の光学軸の該底面との交点から該素子対の共有
する底辺までの距離（q）との差（q−p）がプラスとな
るような方向に、該光学軸が特定範囲だけ傾いており、
且つ該三角錐型反射素子の有効開口部の面積が特定の範
囲である三角錐型キューブコーナー再帰反射シートに関
する。

【０００３】

【従来の技術】従来より、入射した光を光源に向かって
反射する再帰反射シートはよく知られており、その再帰
反射性を利用した該シートは上記のごとき利用分野で広
く利用されている。中でも三角錐型キューブコーナー再
帰反射素子（以下、三角錐型反射素子ともいう）など
の、キューブコーナー再帰反射素子の再帰反射原理を利
用した再帰反射シートは、従来のマイクロ硝子球を用い
た再帰反射シートに比べ光の再帰反射効率が格段に優れ
ており、その優れた再帰反射性能により年々用途が拡大
しつつある。

【０００４】しかしながらキューブコーナー再帰反射素
子は、その反射原理から該素子の持つ光学軸（該素子を
構成する互いに90゜の角度を持つ３個の面から等しい距
離にある軸）と入射光線とがなす角度（以下これを入射
角という）が小さい角度の範囲では良好な再帰反射性を
示す（すなわち入射角特性が良好）が、入射角が大きく
なるにつれて再帰反射効率は急激に低下する（すなわち
入射角特性が劣る）。また、そのキューブコーナー再帰
反射素子を構成する透明な材料の屈折率と、空気の屈折
率との比によって定まる内部全反射条件を満足する臨界
角度未満の角度で該素子面に入射した光線は、該素子の
界面で全反射せず該素子の背面に透過するために、キュ
ーブコーナー再帰反射素子を用いる再帰反射シートは、
一般に入射角特性が劣るという欠点があった。

【０００５】他方、キューブコーナー再帰反射素子は、
該素子のほぼ全面にわたって光の入射した方向に光を反
射させることができるため、マイクロ硝子球型反射素子
のように、球面収差などの原因によって反射光が広い角
度に発散して再帰反射輝度が低下してしまうなどの不都
合が生ずることはない。しかしながら、この再帰反射光
の発散角度の狭さは、実用面においては、例えば自動車
のヘッドランプから発せられた光が交通標識で再帰反射
したとき、その光軸から離れた位置にいる運転者の目に
は達しにくいという不都合が生じ易い。このような不具
合は、特に自動車と交通標識との距離が近接したとき
に、光線の入射軸と、運転者と反射点とを結ぶ軸（観察
軸）とがなす角度（以下、観察角という）が増大するた
めに特に顕著である（すなわち観察角特性が劣る）。

【０００６】このようなキューブコーナー再帰反射シー
ト、特に三角錘型キューブコーナー再帰反射シートに関
しては、古くから多くの提案が知られており、種々の改
良検討がなされている。

【０００７】例えば、ユンゲルセン（Jungersen）によ
る米国特許第2,481,757号明細書においては、薄いシー
トの上に様々な再帰反射素子が設置された再帰反射シー
ト、及びそれらシートの製造方法について述べられてい
る。この提案には、頂点を底面三角形の中心に配置した
光学軸の傾斜のない三角錐型反射素子や、頂点の位置が
底面三角形の中心に配置していない傾斜三角錐型反射素
子が例示されており、接近してくる自動車に対して効率
的に光を反射させることが記載されている。また、三角
錐型反射素子の大きさとしては、該素子の深さとして1/
10インチ ( 2540μm ) 以内であることが記載されてい
る。さらに、この提案のFig15には、光学軸が本発明の
ものと同様の方向〔すなわち、前記（q−p）がプラス
（＋）となる方向〕に傾斜している三角錐型反射素子対
が図示されており、その光学軸の傾斜角は、図示されて
いる三角錐型反射素子の底面三角形の長辺と短辺との長
さの比率から求めると、約6.5゜であると推定される。

【０００８】しかしながら、上記ユンゲルセンの提案に
は、本発明に示されるような極めて小さい三角錐型反射
素子についての具体的な開示は存在せず、また、優れた
観察角特性や入射角特性を与えるために、三角錐型反射
素子の光学軸傾斜や有効開口部がどのような範囲である
のがよいかなどについては、全く何等の記載も示唆も存
在しない。

【０００９】また、スタム（Stamm）による米国特許第
3,712,706号明細書においては、薄いシート上に底面の
三角形の形状が正三角形である、所謂、正三角錐型反射
素子がその底面を共通面上に最密充填状となるようにし
て並べられた再帰反射シートについて述べられている。
この提案によれば該素子の反射面を、例えばアルミニウ
ムなどの金属で蒸着処理を行い鏡面反射させることによ
り、入射角の増大による再帰反射効率の低下という問題
や、内部全反射条件以上の角度で入射した光が素子の界
面を透過してしまって再帰反射しないという上記不具合
の改善を試みている。

【００１０】しかしながら上記スタムの提案では、広角
性の改善手段として鏡面反射原理を採用しているため
に、得られる再帰反射シートは、その外観が暗くなった
り、鏡面層に採用されているアルミニウム、銀などの金
属が使用中に水や空気の侵入により酸化されてしまい、
反射輝度の低下を起しがちであるなどの不具合を生じ易
い。また該提案には、光学軸の傾斜によって広角性を改
善するという手段に関しては全く記載されていない。

【００１１】さらにフープマン（Hoopman）によるＥＰ
特許第137,736号公報においては、薄いシート上に底面
の三角形の形状が二等辺三角形である傾斜三角錐型反射
素子が、その底面を共通面上に最密充填状となるように
して並べられた再帰反射シートについて述べられてい
る。この提案に記載の三角錐型反射素子の光学軸の傾斜
は、本発明の三角錐型反射素子の光学軸の傾斜方向とは
反対の方向〔すなわち、前記（q−p）がマイナス（−）
となる方向〕であり、その傾斜角は約７〜13゜であるこ
とが示されている。

【００１２】しかしながら上記フープマンの提案には、
どのような大きさの三角錐型反射素子が優れた広角性を
与えるのかについては明記されていない。そして、後記
する本発明で用いた光追跡法による広角性のシュミレー
ションによれば、マイナス傾斜した三角錐型反射素子の
入射角特性は、特に入射角が５〜10゜の範囲で急激な輝
度変化を示すことが判明した。この入射角範囲は、実用
上において特に輝度変化の少ないことが望まれる範囲で
あるので好ましくない。

【００１３】さらにまた、スチェッチ（Szczech）によ
る米国特許第5,138,488号明細書においても、同様に薄
いシート上に底面の三角形の形状が二等辺三角形である
傾斜三角錐型反射素子が、その底面を共通面上に細密充
填状となるようにして並べられた再帰反射シートが述べ
られている。この提案においてもやはり三角錐型反射素
子の光学軸の傾斜は、お互いに向き合って対を成す二つ
の三角錐型反射素子が互いに共有する辺の方向に傾斜し
ており、その傾斜角は約２〜５゜であり、素子の大きさ
は25μmから100μmであることが規定されている。

【００１４】また、上記特許に対応するＥＰ特許第548,
280号公報においては、その傾きの方向は、対をなす二
つの素子の共通の辺を含みかつ共通平面に垂直な面と素
子の頂点との距離が、素子の光学軸が共通平面と交差す
る点と前記垂直な面との距離に等しくなく、その傾斜量
は約２〜５゜であり、素子の大きさは25μmから100μmで
あることが記載されている。

【００１５】上記の様に、スチェッチのＥＰ特許第548,
280号公報においては、光学軸の傾きが前記（q−p）が
プラス（+）及びマイナス（-）の両方を含む約２〜５゜
の範囲となっている。しかし、スチェッチの米国特許明
細書及びＥＰ特許公報の実施例には、光学軸の傾斜
（α）が8.2゜、9.2゜及び4.3゜で、素子の高さ（h）が87.
5μmである三角錐型反射素子しか開示されていない。

【００１６】またこれらの実施例には、三角錐型反射素
子の広角性を改善するために、該素子の頂角をその理論
的な値である90゜に僅かに偏差を与えることも行われて
いるが、この方法では光の発散が、例えば６本に分かれ
た光束の群として反射してしまい，素子のどの方向から
反射光を観察するかにより，言い換えれば異なる回転角
において光の反射輝度が変化してしまい実用上好ましく
ない。

【００１７】

【発明が解決すべき課題】次に、再帰反射シートに望ま
れている技術課題と、三角錐型反射素子を用いた三角錐
型キューブコーナー再帰反射シートの問題点について説
明する。

【００１８】一般に再帰反射シートに望まれる基本性能
としては、高輝度性、即ち、該シート正面から入射した
光の反射輝度に代表される反射輝度の高さ、及び、広角
性であり、さらに広角性に関しては、観察角特性、入射
角特性、回転角特性の三性能が要求される。

【００１９】通常、三角錐型キューブコーナー再帰反射
シートの正面からの再帰反射輝度は、マイクロ硝子球型
再帰反射シートのそれに比べ２〜３倍も高いという特徴
があるといわれている。その理由は、後者がマイクロ硝
子球型再帰反射シートに一般に用いられている硝子球
の、レンズ素子としての光学的不完全性や、球面収差又
は反射面に設置された金属反射面の反射率の低さなどに
より再帰反射効率低下が起こり易いのに対し、前者に用
いられるキューブコーナー型再帰反射素子の場合には、
比較的精度の高い光学素子が形成可能なためといわれて
いる。

【００２０】第１番目の広角性は観察角特性である。再
帰反射シートが、例えば、交通標識など各種標識類に用
いられる場合、通常、光源と観察者の位置は同じではな
いため、入射光軸から離れた位置にいる観察者に、より
強い光が到達する必要がある。そのためには観察角が大
きくなっても反射輝度の低下が少ないことが必要であ
る。

【００２１】再帰反射シートで反射した光の束は、ある
程度の広がりを持ち入射光軸から外れた位置にいる観察
者にも届くことが必要である。そうするためには、反射
光が僅かな角度（発散角）を持って広がるように設計さ
れる必要がある。これは、キューブコーナー再帰反射素
子を形成する三面がお互いになす理論的頂角である90゜
を極僅か変化させたり、該素子の反射面を僅かに湾曲さ
せたりすることにより達成される。大型トラックなどの
輸送手段の、ヘッドライトと運転手との相対的位置から
すると、観察角は通常最大で約２゜程度であるので、上
記発散角もこの最大観察角を僅かに超える角度で制御さ
れるべきである。

【００２２】第２番目の広角性は入射角特性である。例
えば、自動車が交通標識に接近しつつあるとき、該自動
車から発せられるヘッドライトの光の、該標識に対する
入射角は次第に増大し、それにつれて観察者である運転
者に到達する光の輝度は漸次減少する。運転者が標識に
近づいても該標識に十分な輝度を保持させるためには、
優れた入射角特性を必要とする。

【００２３】一般に入射角が増大するにつれて再帰反射
効率は低下する。これは、キューブコーナー再帰反射素
子の再帰反射原理である三面反射原理を満足させるため
には、入射角が比較的０゜に近いこと、すなわち光が再
帰反射シート面に垂直に近い角度で入射することが必要
であり、入射角が大きくなると次に反射すべき第２又は
第３の素子面に光が到達せず、該素子の外に光が逃げて
しまって再帰反射の効率が低下するからである。また、
入射角が大きくなるにつれて内部全反射条件が満足され
なくなり、素子の反射面を光が透過してしまうことにな
る。上記不具合を改善する方法としては、キューブコー
ナー再帰反射素子の光学軸を種々の方向に僅かに傾ける
ことにより、傾けた方向への再帰反射効率を増大させる
方法が一般的に採用されている。

【００２４】第３番目の広角性は回転角特性である。キ
ューブコーナー再帰反射素子特有の現象として、再帰反
射シートのどの方向から光が入るかにより、再帰反射輝
度が変化するという性質がある。このため再帰反射シー
トを標識に貼付するに際しては、該シートを一定の方向
に管理して貼らなければならないという煩雑な問題があ
る。マイクロ硝子球型再帰反射シートでは、反射素子が
回転体形状であるためにこの問題は起こらない。

【００２５】回転角特性は、特に三角錘型反射素子の場
合に顕著に発生する。これを改善する方法としては、三
角錘型反射素子集合面を一定の区画に区切り、その集合
面の方向を変化させる方法が採用されている（米国特許
第4,243,618号明細書）。この方法では区画単位で該素
子へ入射する回転角が異なり、それに応じて反射輝度が
変化するので、遠距離から見ると平均化されて回転角特
性が均一化されるが、該素子集合面の区画が再帰反射シ
ートの表面からかなりはっきりと見えてしまい、シート
外観の意匠性が低下したり、区画のつなぎ目の強度が低
下するなどの問題がある。

【００２６】前記の入射角特性の改善は前述の光学軸の
傾斜原理により達成される。この際の入射角度の範囲と
しては、通常の交通標識の設置位置と自動車との幾何学
的な位置関係より定められ、例えば日本工業規格に定め
られている入射角の範囲としては最大30゜が規定されて
いる。従って、交通標識として使用される再帰反射シー
トの入射角特性は入射角30゜の範囲まで入射角特性の低
下があまり大きくならないことが必要である。

【００２７】また、再帰反射シートが、例えば、交通標
識など各種標識類に用いられる場合、通常、光源と観察
者の位置は同じではないため、入射光軸から離れた位置
にいる観察者に、より強い光が到達する必要がある。そ
のためには、再帰反射シートで反射した光はある程度の
広がりを持ち、入射光軸から外れた位置にいる観察者に
も届くことが必要であり、従って三角錘型反射素子は、
反射光が僅かな角度（発散角）を持って広がるように設
計される必要がある。しかして、望ましい再帰反射シー
トは、例えば日本工業規格に定められている最大３゜の
範囲で観察角特性があまり低下せず、高水準を保持する
ことが要求される。

【００２８】本発明者等は、上記の入射角特性及び観察
角特性と光学軸傾斜角との関係が、光追跡法コンピュー
タシュミレーションにより解析可能であることを知り、
この方法により解析を行ったところ、光学軸は、従来、
例えば前記フープマンの提案に述べられている方向とは
反対の方向、すなわち、三角錐型反射素子の頂点から底
面へ下された垂線と該底面との交点から該素子対の共有
する底辺までの距離（p）と、該三角錐型反射素子の光
学軸と該底面との交点から該素子対の共有する底辺まで
の距離（q）との差（q−p）がプラス（＋）となるよう
な方向に、特定範囲の角度だけ傾斜させるのがよいこ
と、及び、該素子の開口部となる底面からの光を再帰反
射することができる有効開口部の面積を特定範囲とする
ことにより、得られる三角錐型キューブコーナー再帰反
射シートの入射角特性及び観察角特性を著しく改善でき
ることを知り、さらにこの知見に基づいて実際に三角錐
型キューブコーナー再帰反射シートを試作して、この知
見の正しいことを確認し、本発明を完成した。

【００２９】

【課題を達成するための手段】しかして本発明は、共通
する一平面（Ｘ−Ｘ'）上に底面を有する三角錐型キュ
ーブコーナー再帰反射素子が該共通する一平面（Ｘ−
Ｘ'）の一方の側に突出しており、該三角錐型反射素子
の底面は略二等辺三角形の形状をなし、該三角錐型反射
素子は、その底面の二等辺以外の一底辺を共有しこの共
有する底辺に対して略対称となるような底面を有する他
の再帰反射素子と、互いに向き合った素子対をなして該
共通する一平面（Ｘ−Ｘ'）上に最密充填状に配置され
ており、これら素子対の有している光学軸が互いに正反
対の方向に傾いている三角錐型キューブコーナー再帰反
射シートにおいて、該三角錐型反射素子の頂点から底面
へ下された垂線と該底面との交点から該素子対の共有す
る底辺までの距離（p）と、該三角錐型反射素子の光学
軸と該底面との交点から該素子対の共有する底辺までの
距離（q）との差（q−p）がプラスとなるような方向
に、該光学軸と該垂線とのなす角度が5.5〜10.5゜、好ま
しくは6.5〜9.5゜となるように傾いており、且つ入射光
に対して該三角錐型反射素子の有効開口部となる、該素
子の底面に内接する楕円の長半径（a）及び短半径（b）
の幾何平均半径（有効開口部の平均半径ということがあ
る）

【００３０】

【数２】

【００３１】が40〜90μmであることを特徴とする三角
錐型キューブコーナー再帰反射シートの提供を目的とす
るものである。

【００３２】以下、図面を参照しながら本発明を詳細に
説明する。

【００３３】図１は本発明に係る三角錘型キューブコー
ナー再帰反射素子群を、その入射光に対する開口部であ
る底面を下にし、該三角錘型反射素子の頂点を上にして
見たときの平面図であり、図２は該三角錘型反射素子群
の中の点線で囲まれた一組の三角錘型反射素子対の拡大
平面図であり、図３はその側面図である。また図４は従
来技術に係る三角錘型キューブコーナー再帰反射素子の
一組の素子対の拡大平面図であり、図５はその側面図で
ある。

【００３４】図２〜５において、△ＢＡＣ及び△Ｂ'Ａ
Ｃは三角錘型キューブコーナー再帰反射素子の底面で辺
ＢＡとＢＣ、Ｂ'ＡとＢ'Ｃがそれぞれほぼ相等しい略二
等辺三角形の形状をなしており、これらの底面△ＢＡＣ
及び△Ｂ'ＡＣは共通する平面（Ｘ−Ｘ'）上に最密充填
状に配置され、入射する光に対して該三角錘型反射素子
の開口部となっている。また該三角錐型反射素子ＡＢＣ
Ｄは、その略二等辺三角形の形状をなす底面△ＢＡＣの
二等辺以外の一底辺ＡＣを共有し、この共有する底辺Ａ
Ｃに対して略対称となるような底面△Ｂ'ＡＣを有する
他の再帰反射素子ＡＢ'ＣＤ'と、互いに向き合った素子
対をなしており、該素子対ＡＢＣＤ及びＡＢ'ＣＤ'の有
している光学軸（線分ＤＦ及びＤ'Ｆ'を含む直線）は矢
印が示すように互いに正反対の方向に傾いている。また
該素子対は該共通する平面（Ｘ−Ｘ'）の一方の側に突
出しており、図１より明らかなように、他の全ての素子
対も同様に該共通する平面（Ｘ−Ｘ'）の一方の側に突
出している。

【００３５】また、三角錐型反射素子ＡＢＣＤの頂点Ｄ
から底面へ下された垂線と共通する平面（Ｘ−Ｘ'）上
にある該底面△ＢＡＣとの交点をＥとし、該素子ＡＢＣ
Ｄの光学軸（三角錐型反射素子ＡＢＣＤの頂点Ｄを通
り、該素子を形成する３つの△ＤＢＡ、△ＤＢＣ及び△
ＤＡＣの各平面から等距離にある直線）と該底面△ＢＡ
Ｃとの交点をＦとすると、点Ｅ及びＦは底面△ＢＡＣの
頂角Ｂから素子対のそれぞれの底面△ＢＡＣ及び△Ｂ'
ＡＣの共有する底辺ＡＣに下だした垂線上にあり、この
垂線は底辺ＡＣの中点Ｏを通る。

【００３６】光学軸の傾斜角は、光学軸上の線分ＤＦと
頂点から底面に下だした垂線ＤＥとのなす角で表わさ
れ、その傾斜の方向は、本発明では、上記ＥＯ＝ｐ、Ｆ
Ｏ＝ｑとするとき、ｑ−ｐ＞０の場合をプラス（+）と
表現し、ｑ−ｐ＜０の場合をマイナス（-）と表現す
る。本発明の三角錐型キューブコーナー再帰反射シート
に用いられる三角錐型キューブコーナー再帰反射素子Ａ
ＢＣＤでは、図３から明らかなとおり傾斜の方向はプラ
ス（+）であり、傾斜角は5.5〜10.5゜である。一方、図
４及び図５に示されている従来技術に係る三角錘型反射
素子の傾斜の方向はマイナス（-）である。

【００３７】次に本発明において、前記の入射角特性及
び観察角特性と、光学軸傾斜角及び傾斜方向との関係を
解析するために用いた、光追跡法コンピュータシュミレ
ーションに関して図６に基づいて説明する。

【００３８】図６において、１は再帰反射シート、２は
シート１の基準中心点、３は再帰反射シート１の光入射
面に垂直な基準軸、４は光源６と基準中心点２とを結ぶ
光線入射軸、５は基準中心点２と観察者７とを結ぶ観察
軸、９は光源を中心として設置されている評価面であ
る。

【００３９】光追跡法においては、所望の三角錘型反射
素子を平面最密充填状に配置した再帰反射シート１を想
定し、該シート１上の任意の位置に所定の入射角度に設
置された光源６より光線を照射して幾何光学的に再帰反
射させるものとし、さらに、回折理論により三角錘型反
射素子の開口面積に反比例したフラウンフォーファーの
回折効果に基づく光の広がりを与える。このようにし
て、広がりをもって再帰反射した光を評価スクリーン９
上に投影させて、光がどのように再帰反射されるかを求
める。このような計算操作を数万回繰り返して、評価ス
クリーン上に反射光の光の強度分布８を描かせる。

【００４０】次にフラウンフォーファーの回折効果を求
めるのに用いた有効開口部の面積について説明する。一
般に三角錘型反射素子の場合、例えばその底面三角形の
各頂角に近い部分に入射した光は、その構造上三つの界
面全てで反射することはできず、該素子を透過し、又は
一つもしくは二つの界面で反射して再帰反射の方向とは
異なる方向に該素子を出て行くことになる。このように
三角錘型反射素子においては、その底面の全域が再帰反
射のための有効な開口部となるわけではない。従ってこ
こでいう有効開口部とは、三角錘型反射素子の底面から
入射した光を、該三角錘型反射素子を形成する三つの界
面で全反射させることにより、入射光軸と平行に光源方
向に反射することのできる、すなわち再帰反射すること
のできる開口部の有効部分をいう。

【００４１】上記フラウンフォーファーの回折理論によ
れば、円形開口部における一次回折角θは光の波長を
λ、開口半径をｒとしたときに、下記式(1)、 sinθ＝1.22λ／(2ｒ） ・・・・・・(1) と表すことができ、開口部面積が小さくなるにつれて回
折効果による光の広がりが大きくなることが知られてい
る。二次回折以上の回折効果も考えられるが、その際の
光の広がりは微少であり無視することができる。

【００４２】正三角錐型反射素子における開口部半径
は、三角錐型反射素子底面と光学軸との交点−正三角錐
型反射素子の場合は底面の正三角形の重心と一致する−
を中心とし、底面の正三角形に内接する円の半径として
近似することができる。また、光学軸が傾斜した略二等
辺三角形を底面にもつ傾斜三角錐型反射素子の有効開口
部は、長径が同じである正三角錐型反射素子の円形開口
部を、斜め方向から見たときの楕円型の開口部として近
似することができる。その際に一次回折角を求める開口
部半径の値としては、楕円の長半径（a）と短半径（b）
の幾何平均半径

【００４３】

【数３】

【００４４】を採用することができる。このような内接
楕円は、底面の二等辺三角形に内接する無数の内接楕円
のうち、最大面積を有するものとなる。

【００４５】また光の強度分布は、二次回折以上の光の
広がりを無視すれば、開口部の半径を媒介関数とする１
次ベッセル関数を含む式として求めることができる。こ
のようにして求められた個々の三角錘型反射素子からの
反射光の広がりを、再帰反射シート上にある全ての三角
錘型反射素子に対して求め、評価スクリーン上に積算さ
れた強度分布を持った光の束として計算することができ
る。従って、この積算された強度分布は、数多くの三角
錘型反射素子の回折効果により広がりをもって反射した
光線の重ね合せとなっているために、単純に回折理論よ
り求めた一次回折角とは異なっている。

【００４６】積算された強度分布は三角錘型反射素子頂
角が正確に90゜の場合には、光の入射軸を中心として広
がるなだらかな山型になり、入射角が大きくなるにつれ
てその山の高さが減じていく。評価スクリーン上に立つ
観察者７とシートの基準中心点２とを結ぶ観察軸５と、
入射軸４とがなす観察角での光の強度は、観察者が立つ
位置での積算強度に一致する。このようにして、与えら
れた三角錘型反射素子の光学軸の傾斜角と内接楕円の幾
何平均半径により、反射シートの観察角と入射角との角
度特性、即ち、広角性を求めることが可能である。

【００４７】この光追跡法に基づき、再帰反射シート１
の上に様々な光学軸傾斜角の三角錘型反射素子を設置す
ることにより、光学軸傾斜による再帰反射挙動の変化が
求められる。また、光源６の設置位置を変えシートの基
準軸３に対する入射軸４を移動させて入射角を変化させ
ることにより、設置した三角錘型反射素子の入射角特性
を求めることができる。さらに観察角特性は評価スクリ
ーン９上に描かれた光の強度分布８と観察点７と光源６
との距離の関係として求めることができる。

【００４８】図７に、上記光追跡法で求めた、光学軸傾
斜がなく素子の高さが100μmである正三角錐型反射素子
（有効開口部の平均半径約70.7μm）を備えた再帰反射
シートの、観察角―入射角―相対反射輝度の関係を示
す。また、図８には光学軸傾斜がプラス（+）８゜であり
素子の高さが100μmである三角錐型反射素子（有効開口
部の平均半径約72.9μm）を備えた再帰反射シートの観
察角―入射角―相対反射輝度の関係を示す。上記図７及
び図８に示された光追跡法による観察角―入射角―相対
反射輝度の関係は、実際にこのような形状の三角錐型反
射素子を備えた再帰反射シートを作成して実測したもの
の挙動とよく一致していることがわかった。

【００４９】図９には、素子の高さが80μmで光学軸の
傾斜角を−14〜＋14゜に変化させた種々の三角錘型反射
素子について、前記光追跡法で求めた光学軸の傾斜角−
入射角−相対反射輝度の関係を示す。入射角の小さいと
ころでは、光学軸の傾斜がプラス又はマイナス方向に増
大するにつれて、反射輝度が次第に低下する。光学軸の
傾斜角と、入射角及び反射輝度との関係では、光学軸の
傾斜が小さい、例えば０〜±４゜の範囲の三角錘型反射
素子においては、入射角が増大すると急激に反射輝度が
減少する。また、マイナス方向に４゜以上傾けた三角錘
型反射素子では、入射角５〜15゜の間で急激に輝度が低
下し、それ以上の入射角では輝度の低下は緩慢なものと
なっている。それに対して入射角をプラス方向に６゜以
上傾けた三角錘型反射素子では、入射角５〜25゜の範囲
で、特に８゜以上傾けた三角錘型反射素子では、入射角
５〜35゜の範囲で反射輝度の低下が緩やか（以下フラッ
トな入射角特性ともいう）であることがわかる。この現
象は、例えば交通標識として使用される再帰反射シート
の入射角特性が入射角30゜までのフラットな入射角特性
を保持する必要があることを考慮すると、プラス傾斜の
素子の方がマイナス傾斜の素子に比べ実用性に優れてお
り、特に本発明の前記範囲の光学軸傾斜角の三角錘型反
射素子が優れていることを示している。

【００５０】上記より明らかなように、三角錘型反射素
子の傾斜角は前記（q−p）がプラスで、且つ5.5〜10.5
゜、好ましくは6.5〜9.5゜であることが必要である。該傾
斜角度が該範囲内のときは、フラットな入射角度特性が
得られて実用性の優れた再帰反射シートを得ることがで
きるのに対して、該傾斜角が該下限値未満では入射角特
性の十分な改善が得られず、入射角の増大に伴い比較的
急な輝度低下が見られ好ましくない。一方、該傾斜角が
該上限値を超える場合には、フラットな入射角特性は得
られるものの、入射角が０゜付近の正面方向の輝度の低
下が著しくなり、また三角錘型反射素子の形状が著しく
変形されて細長くなるために、再帰反射シートを成形加
工する際、樹脂の充填性が低下したり、成形金型からの
離型性が悪くなるなどの不具合を生じ易くなり、さらに
三角錘型反射素子の形状が著しく変形されて細長くなる
と、光の入射方向に対する反射輝度の変化、すなわち、
回転角特性が低下し過ぎるため実用性に優れた再帰反射
シートを得ることができないなどの問題があり好ましく
ない。

【００５１】次いで、本発明における観察角特性の改善
に関して説明する。観察角特性の改善は回折現象を利用
して反射光の広がり（発散角）を与えることにより実現
されうる。個々の三角錘型反射素子における回折効果に
よる光の広がりと反射輝度との分布は、前記のフラウン
フォーファの回折理論により求めることができる。その
広がりの大きさは、前記式(1)で示されるように、一次
回折角をθとするときsinθが光の通過する開口部の半
径ｒに反比例し、その半径ｒは傾斜三角錐型反射素子の
場合、素子底面の三角形に内接する最大面積を有する楕
円の長半径（a）と短半径（b）の幾何平均半径

【００５２】

【数４】

【００５３】として近似することができる。

【００５４】観察角の好適な範囲は、前記光追跡法を用
いて三角錐型反射素子底面の三角形に内接する楕円の幾
何平均半径（有効開口部の平均半径）を変化させること
により、例えば日本工業規格に定められた観察角の範囲
より僅かに大きな範囲で、望ましい光の広がりが得られ
るように定めることができる。このようにして求められ
た本発明における有効開口部の平均半径は、40〜90μm
であることが必要である。該平均半径が40μm未満の素
子では、回折効果による光の広がりが過大となり、観察
角特性が平坦となるものの正面付近における反射輝度の
低下が著しく好ましくない。また、該平均半径が90μm
を超えるような素子では、回折効果による光の発散が小
さ過ぎて満足な観察角特性が達成されない。

【００５５】観察角特性の改善のために光を発散させる
手段としては、三角錘型反射素子の頂角に極僅かな偏差
を与えることによっても達成可能であるが、光の発散
が、例えば６本に分裂した光の群として反射してしま
い、三角錘型反射素子のどの方向から反射光を観察する
かにより、言い換えれば異なる回転角において光の反射
輝度が変化してしまい実用上好ましくない。本発明にお
いては三角錘型反射素子頂角の偏差はこの光の分裂が無
視し得るような範囲で与えても構わないが、例えば0．1
゜以内の範囲に止どめられるべきである。

【００５６】さらに三角錘型反射素子の大きさは、該素
子の高さ、底面三角形の形状及び光学軸の傾斜角度によ
り一義的に決まるものであるが、本発明に係る三角錘型
反射素子における高さｈ（図３におけるＤＥ又はＤ'
Ｅ'）は、得られる再帰反射シートの正面反射輝度、入
射角特性及び観察角特性のバランスのよさの観点から30
μm〜120μmであるのが好ましい。

【００５７】次に、本発明の三角錘型キューブコーナー
再帰反射シートの好適な構造について、該再帰反射シー
トを入射光に対する開口部を上にして描いた断面図であ
る図10を参照しながら説明する。

【００５８】図10において、11は本発明に係る三角錘型
反射素子が最密充填状に配置された反射素子層、12は反
射素子を保持する反射素子保持層であり、10は光の入射
方向である。反射素子層11及び反射素子保持層12（以下
反射素子基体層13ということがある）は、一体のもので
あるのが普通であるが、別々の層を積層してもかまわな
い。

【００５９】上記の反射素子層11及び反射素子保持層12
を構成する材料としては、本発明の一つの目的である柔
軟性を満足するものであれば特に限定されるものではな
いが、光学的透明性、均一性のあるものが好ましい。本
発明において使用し得る材料の例にはポリカーボネート
樹脂、塩化ビニール樹脂、(メタ）アクリル樹脂、エポ
キシ樹脂、スチレン樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素樹
脂、ポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂などのオレ
フイン樹脂、セルロース系樹脂及びウレタン樹脂などを
例示でき、その中でも特にアクリル樹脂、ポリカーボネ
ート樹脂、塩化ビニール樹脂及びポリウレタン樹脂が好
ましい。

【００６０】本発明に係る三角錘型反射素子の作成方法
は、特に限定されるものではなく、前記各提案に開示さ
れた方法を用いることができ、例えば、次のような方法
を挙げることができる。

【００６１】先端角度が70.5288度のダイアモンドバイ
トを用いて、真鍮板の上に、交差角がそれぞれ60゜で断
面形状がＶ字の溝を、くりかえしのパターンで３方向か
らフライカッティング法によって形成し、アルミニウム
板上に山の高さが200μmの三角錐を形成する。この母型
を用いて電鋳法により材質がニッケルの反転された形状
の三角錘型反射素子成形用金型を作成する。次いでこの
成形用金型を用いて、例えは厚さ300μmのアクリル樹脂
シート〔三菱レーヨン(株）製〕を成形温度200℃、成形
圧力50kg／cm²の条件で圧縮成形し、30℃まで加圧下で
冷却した後に樹脂シートを取り出して、表面に反射素子
層の厚さが200μmの三角錘型反射素子を最密状に配置し
たアクリル樹脂製の三角錘型キューブコーナー再帰反射
素子を作成する。

【００６２】本発明の三角錘型キューブコーナー再帰反
射シートには、該再帰反射シートの使用目的、使用環境
に応じて表面保護層14、観測者に情報を伝達するための
印刷層15、反射素子基体層13の裏面に水分が侵入するの
を防止するとともに、内部全反射条件を満足する臨界角
度を大きくする空気層20を形成するように封入密封構造
とするための結合材層16、結合材層16を支持して再帰反
射シートの強度の向上、寸法安定性の改善、裏面からの
水分および化学薬品の侵入等を防止するための支持体層
17、及び、該再帰反射シートを他の構造体に貼付するた
めに用いる接着剤層18と剥離材層19とを設置できる。

【００６３】表面保護層14には、反射素子基体層13に用
いたのと同じ樹脂を用いることができるが、耐候性を向
上する目的で紫外線吸収剤、光安定剤及び酸化防止剤な
どを、それぞれ単独で又は組み合わせて用いることがで
きる。さらに、着色剤として有機顔料、無機顔料および
染料をなどを含有させることができる。印刷層15は表面
保護層14及び反射素子基体層13上に設置することがで
き、通常グラビア印刷、スクリーン印刷などの手段によ
り設置可能である。

【００６４】前記封入密封構造を形成する方法として
は、米国特許第3,190,178号明細書（＝特公昭40−7870
号公報）、米国特許第4,025,159号明細書（＝特開昭52
−110592号公報）、実開昭50−28669号公報に示されて
いる方法が採用でき、この封入密封構造形成に用いられ
る結合材層16に使用できる樹脂としては、(メタ）アク
リル樹脂、ポリエステル樹脂、アルキッド樹脂、エポキ
シ樹脂などが選択でき、接合の方法としては熱融着性樹
脂接合法、熱硬化性樹脂接合法、紫外線硬化性樹脂接合
法、電子線硬化性樹脂接合法などが適宜採用可能であ
る。

【００６５】本発明において、結合材層16は上記支持体
層17の全面にわたって塗布しうるし、反射素子層11との
接合部分に印刷法などの方法により選択的に設置するこ
とも可能である。支持体層17を構成する材料の例として
は再帰反射素子層を構成する樹脂や一般のフイルム成形
可能な樹脂、繊維、布、ステンレスやアルミニウムなど
の金属箔または板をそれぞれ単独または複合して用いる
ことができる。

【００６６】また本発明の再帰反射シートを金属板、木
板、ガラス板、プラスティック板などに貼付するために
用いる接着層18及び該接着剤のための剥離材層19は、適
宜、公知のものを選択しうる。

【００６７】

【実施例】以下、実施例及び比較例により本発明を一層
詳細に説明する。なお再帰反射性能の測定は、以下の方
法により行った。

【００６８】再帰反射性能 再帰反射性能測定器として、アドバンスト・レトロ・テ
クノロジー社（Advanced Retro Technology, INC）製
「モデル（MODEL）920」を用い、100mm×100mmの夜光性
再帰反射シートの試料の再帰反射光量をJIS Z-9117に準
じて、入射角５゜、10゜及び30゜、観測角0.20゜、0.33゜及
び0.50゜により試料の再帰反射シートの再帰反射性能を
測定した。

【００６９】実施例１ 表面を平坦に研削した100mm×100mmの真鍮板の上に、先
端角度が、第１方向と第２方向が77.89゜で第３方向が5
4.53゜のダイアモンドバイトを用いて、第１方向と第２
方向との繰り返しピッチが163.6μmで第３方向の繰り返
しピッチが196.5μm、また第１方向と第２方向との交差
角度が49.22゜となるように、断面形状がＶ字の溝をくり
かえしのパタ−ンでフライカッティング法によって切削
し、真鋳板上に反射素子の高さが80μmの三角錐型キュ
ーブコーナー再帰反射素子群を形成した。この三角錐型
反射素子の光学軸傾斜角は＋８゜、内接楕円の幾何平均
半径は58.3μmであった。

【００７０】この真鍮製母型を用いて、電鋳法により、
材質がニッケルの反転された凹形状の三角錐型反射素子
成形用金型を作成した。この成形用金型を用いて、厚さ
300μmのポリカーボネート系樹脂シート〔商品名「ユー
ロピンE2000」；三菱エンジニアリングプラスティック
ス(株）製〕を成形温度200℃、成形圧力50kg／cm²の条
件で圧縮成形し、次いで加圧下で30℃まで冷却した後に
樹脂シ−トを取り出して、表面にキューブコーナープリ
ズム層の厚さが200μmの三角錐型反射素子を最密状に配
置したポリカーボネート樹脂製の再帰反射シートを作成
した。得られた再帰反射シートの再帰反射性能を前記の
方法に従って測定した。測定結果を表１に示す。

【００７１】比較例１ 実施例１において、ダイアモンドバイトの先端角度とし
て、第１方向と第２方向を77.89゜とする代わりに61.98゜
とし、第３方向を54.53゜とする代わりに86.53゜とし、第
１方向と第２方向との繰り返しピッチを163.6μmとする
代わりに181.2μmとし、第３方向の繰り返しピッチが19
6.5μmとする代わりに160.3μmとし、また第１方向と第
２方向との交差角度を49.22゜とする代わりに68.85゜とす
る以外は実施例１と同様にして反射素子の高さが80μm
の三角錐型キューブコーナー再帰反射素子群を形成し
た。この三角錐型反射素子の光学軸傾斜角は−８゜、内
接楕円の幾何平均半径は58.2μmであった。以下実施例
と同様にしてポリカーボネート樹脂製の再帰反射シート
を作成し、再帰反射性能を前記の方法に従って測定し
た。測定結果を表１に示す。

【００７２】比較例２ 実施例１において、ダイアモンドバイトの先端角度とし
て、第１方向と第２方向を77.89゜とする代わりに73.44゜
とし、第３方向を54.53゜とする代わりに64.53゜とし、第
１方向と第２方向との繰り返しピッチを163.64μmとす
る代わりに166.9μmとし、第３方向の繰り返しピッチが
196.5μmとする代わりに177.2μmとし、また第１方向と
第２方向との交差角度を49.22゜とする代わりに56.19゜と
する以外は実施例１と同様にして反射素子の高さが80μ
mの三角錐型キューブコーナー再帰反射素子群を形成し
た。この三角錐型反射素子の光学軸傾斜角は＋３゜、内
接楕円の幾何平均半径は56.8μmであった。以下実施例
と同様にしてポリカーボネート樹脂製の再帰反射シート
を作成し、再帰反射性能を前記の方法に従って測定し
た。測定結果を表１に示す。

【００７３】比較例３ 実施例１において、ダイアモンドバイトの先端角度とし
て、第１方向と第２方向を77.89゜とする代わりに81.02
とし、第３方向を54.53゜とする代わりに46.53゜とし、第
１方向と第２方向との繰り返しピッチを163.64μmとす
る代わりに166.9μmとし、第３方向の繰り返しピッチが
196.5μmとする代わりに220.5μmとし、また第１方向と
第２方向との交差角度を49.22゜とする代わりに43.11゜と
する以外は実施例１と同様にして反射素子の高さが80μ
mの三角錐型キューブコーナー再帰反射素子群を形成し
た。この三角錐型反射素子の光学軸傾斜角は＋12゜、内
接楕円の幾何平均半径は60.8μmであった。以下実施例
と同様にしてポリカーボネート樹脂製の再帰反射シート
を作成し、再帰反射性能を前記の方法に従って測定し
た。測定結果を表１に示す。

【００７４】比較例４ 実施例１において、第１方向と第２方向との繰り返しピ
ッチを163.64μmとする代わりに337.5μmとし、第３方
向の繰り返しピッチが196.5μmとする代わりに405.2μm
とする以外は実施例１同様にしてと反射素子の高さが16
5μmの三角錐型キューブコーナー再帰反射素子群を形成
した。この三角錐型反射素子の光学軸傾斜角は＋８゜、
内接楕円の幾何平均半径は120.2μmであった。以下実施
例と同様にしてポリカーボネート樹脂製の再帰反射シー
トを作成し、再帰反射性能を前記の方法に従って測定し
た。測定結果を表１に示す。

【００７５】

【表１】

【００７６】

【発明の効果】本発明の三角錐型キューブコーナー再帰
反射シートは、共通する一平面上に、底面の三角形の形
状が略二等辺三角形をなす三角錐型キューブコーナー再
帰反射素子が、その底面の二等辺以外の底辺を共有し、
この共有する底辺に対して略対称となるような底面を有
する他の再帰反射素子と互いに向き合った素子対をなし
て最密充填状に配置されており、該三角錐型反射素子の
頂点からの垂線の該底面との交点から該素子対の共有す
る底辺までの距離（p）と、該三角錐型反射素子の光学
軸の該底面との交点から該素子対の共有する底辺までの
距離（q）との差（q−p）がプラスとなるような方向
に、該光学軸が特定範囲だけ傾いており、且つ該三角錐
型反射素子の有効開口部が特定の範囲のものである。

【００７７】前記実施例及び比較例より明らかなよう
に、三角錐型反射素子として光学軸の傾斜角がマイナス
のものやプラスでも本発明の必須範囲よりも小さい傾き
のものからなる再帰反射シートは、入射角の５〜30゜の
範囲で輝度変化が大きく入射角特性に劣り、また光学軸
の傾斜角がプラスでも本発明の必須範囲よりも大きい傾
きのものは、正面輝度、すなわち入射角５゜付近の反射
輝度が低くなり過ぎる。さらに光学軸の傾斜角は、本発
明の範囲であっても素子の有効開口部の平均半径が大き
すぎるものは、正面輝度は十分に高くなるものの観察角
特性が全く不十分である。それに対して本発明の再帰反
射シートは、広範な範囲で高い反射輝度を示し、輝度変
化は非常に緩やかである。このように本発明の三角錐型
キューブコーナー再帰反射シートは、前記の構成要件の
組合わせにより、その正面輝度の高さを保持しながら、
入射角特性及び観察角特性を著しく改善した優れた再帰
反射シートである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明に係る三角錘型キューブコーナー
再帰反射素子群を、その入射光に対する開口部である底
面を下にし、該三角錘型反射素子の頂点を上にして見た
ときの平面図である。

【図２】図２は本発明に係る三角錘型キューブコーナー
再帰反射素子群の中の一組の三角錘型反射素子対の拡大
平面図である。

【図３】図３は本発明に係る三角錘型キューブコーナー
再帰反射素子対の側面図である。

【図４】図４は従来技術に係る三角錘型キューブコーナ
ー再帰反射素子対の拡大平面図である。

【図５】図５は従来技術に係る三角錘型キューブコーナ
ー再帰反射素子対の側面図である。

【図６】図６は、三角錘型反射素子の入射角特性及び観
察角特性と、光学軸傾斜角及び傾斜方向との関係を解析
するために用いた、光追跡法コンピュータシュミレーシ
ョンを説明するための概念図である。

【図７】図７は、光学軸傾斜がなく素子の高さが100μm
である三角錐型反射素子を備えた再帰反射シートの、光
追跡法で求めた観察角―入射角―相対反射輝度の関係を
示す三次元グラフである。

【図８】図８は、光学軸傾斜が＋８゜であり素子の高さ
が100μmである三角錐型反射素子を備えた本発明に係る
再帰反射シートの、光追跡法で求めた観察角―入射角―
相対反射輝度の関係を示す三次元グラフである。

【図９】図９は、光追跡法で求めた光学軸の傾斜角と、
入射角及び相対反射輝度との関係を示す三次元グラフで
ある。

【図１０】図10は、本発明の三角錘型キューブコーナー
再帰反射シートの好適な構造を示す断面図である。

【符号の説明】

１・・・・・・再帰反射シート ２・・・・・・再帰反射シート１の基準中心点 ３・・・・・・再帰反射シート１の光入射面に垂直な基準軸 ４・・・・・・光源６と基準中心点２とを結ぶ光線入射軸 ５・・・・・・基準中心点２と観察者７とを結ぶ観察軸 ６・・・・・・光源 ７・・・・・・観察者 ８・・・・・・評価スクリーン９上に描かれた光の強度分布 ９・・・・・・評価スクリーン １０・・・・・・光の入射方向 １１・・・・・・反射素子層 １２・・・・・・反射素子保持層 １３・・・・・・反射素子基体層 １４・・・・・・表面保護層 １５・・・・・・印刷層 １６・・・・・・結合材層 １７・・・・・・支持体層 １８・・・・・・接着剤層 １９・・・・・・剥離材層 ２０・・・・・・空気層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】共通する一平面（Ｘ−Ｘ'）上に底面を有
   する三角錐型キューブコーナー再帰反射素子が該共通す
   る一平面（Ｘ−Ｘ'）の一方の側に突出しており、該三
   角錐型反射素子の底面は略二等辺三角形の形状をなし、
   該三角錐型反射素子は、その底面の二等辺以外の一底辺
   を共有しこの共有する底辺に対して略対称となるような
   底面を有する他の再帰反射素子と、互いに向き合った素
   子対をなして該共通する一平面（Ｘ−Ｘ'）上に最密充
   填状に配置されており、これら素子対の有している光学
   軸が互いに正反対の方向に傾いている三角錐型キューブ
   コーナー再帰反射シートにおいて、該三角錐型反射素子
   の頂点から底面へ下された垂線と該底面との交点から該
   素子対の共有する底辺までの距離（p）と、該三角錐型
   反射素子の光学軸と該底面との交点から該素子対の共有
   する底辺までの距離（q）との差（q−p）がプラスとな
   るような方向に、該光学軸と該垂線とのなす角度が5.5
   〜10.5゜となるように傾いており、且つ入射光に対して
   該三角錐型反射素子の有効開口部となる、該素子の底面
   に内接する楕円の長半径（a）及び短半径（b）の幾何平
   均半径 【数１】 が40〜90μmであることを特徴とする三角錐型キューブ
   コーナー再帰反射シート。