(57)【要約】      （修正有）【課題】宇宙空間から到来する太陽光のような、特定の方向から入射する入射光のみを対象として再帰反射性を発揮する。【解決手段】再帰反射部材２１０は、平面に沿って配列されたシリンドリカルレンズアレイと、シリンドリカルレンズアレイの各々のシリンドリカルレンズ２５２に対応して、シリンドリカルレンズの曲率中心軸と平行であって一致しない中心軸を有する円筒反射鏡面を含む円筒反射鏡面アレイとを備え、対応するシリンドリカルレンズと円筒反射鏡の光軸に沿った特定の方向から入射する入射光は、シリンドリカルレンズアレイを透過して、円筒反射鏡面アレイで反射されることにより、特定の方向へ再帰反射される。【選択図】図３
2011203499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面に沿って配列されたシリンドリカルレンズアレイと、
前記シリンドリカルレンズアレイの各々のシリンドリカルレンズに対応して、前記シリンドリカルレンズの曲率中心軸と平行であって一致しない中心軸を有する円筒反射鏡面を含む円筒反射鏡面アレイと
を備え、
対応する前記シリンドリカルレンズと前記円筒反射鏡の光軸に沿った特定の方向から入射する入射光は、前記シリンドリカルレンズアレイを透過して、前記円筒反射鏡面アレイで反射されることにより、前記特定の方向へ再帰反射される再帰反射部材。
【請求項２】
前記円筒反射鏡面の中心軸は、対応する前記シリンドリカルレンズの焦点面上に配置される請求項１に記載の再帰反射部材。
【請求項３】
前記円筒反射鏡面は、円筒の凸面側に鏡面を備える請求項１または２に記載の再帰反射部材。
【請求項４】
前記円筒反射鏡面は、対応する前記シリンドリカルレンズの焦点面上に配置される請求項１に記載の再帰反射部材。
【請求項５】
板状のベース部材の表裏の平面にそれぞれの曲率中心軸が平行であって一致しないように対で設けられる入射側シリンドリカルレンズと射出側シリンドリカルレンズとを有する集光レンズを配列してなる集光レンズアレイと、
前記集光レンズの各々に対応して、前記集光レンズの光軸に沿った特定の方向から入射する入射光の焦点面をそれぞれ鏡面とする円筒反射鏡面を有する円筒反射鏡面アレイと
を備え、
前記特定の方向から入射される入射光は、前記集光レンズアレイを透過して、前記円筒反射鏡面アレイで反射されることにより、前記特定の方向へ再帰反射される再帰反射部材。
【請求項６】
前記特定の方向は、前記平面の法線に対して斜交する請求項１から５のいずれか１項に記載の再帰反射部材。
【請求項７】
前記再帰反射部材は、前記円筒反射鏡面の各々を接続し、前記特定の方向とは異なる方向を向く接続面を備える請求項６に記載の再帰反射部材。
【請求項８】
前記接続面は塗装されている請求項７に記載の再帰反射部材。
【請求項９】
前記接続面は光拡散加工されている請求項７または８に記載の再帰反射部材。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の再帰反射部材を表面に備える壁材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、再帰反射部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、コーナーキューブ、ビーズ等を平面的に配列して、入射する光線を入射方向へ反射させる再帰反射シートが知られている。再帰反射シートは、例えば道路標識などの保安用品に活用されている。一方、再帰反射部材をビルの壁材に用い、太陽光線を地面方向へ反射させることなく入射方向へ反射することにより、地球の温暖化を防ぐ提案もなされている（例えば特許文献１）。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］特開２００６−３１７６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、従来の再帰反射シートは、さまざまな方向から入射する入射光をその方向へ反射するので、例えばビルの壁材として用いた場合、照り返しなど地面方向からビルの壁面へ入射する光を再び地面方向へ反射してしまい、かえって地表温度を上昇させてしまう。すなわち、従来の再帰反射シートは、宇宙空間から到来する太陽光のような、特定の方向から入射する入射光のみを対象として再帰反射性を発揮することができなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様における再帰反射部材は、平面に沿って配列されたシリンドリカルレンズアレイと、シリンドリカルレンズアレイの各々のシリンドリカルレンズに対応して、シリンドリカルレンズの曲率中心軸と平行であって一致しない中心軸を有する円筒反射鏡面を含む円筒反射鏡面アレイとを備え、対応するシリンドリカルレンズと円筒反射鏡の光軸に沿った特定の方向から入射する入射光は、シリンドリカルレンズアレイを透過して、円筒反射鏡面アレイで反射されることにより、特定の方向へ再帰反射される。ここで、特定の方向とは、シリンドリカルレンズの母線に垂直な断面において、反射される光線の角度方向であって、この面内で入射光線と同一角度の角度方向であり、この断面内において再帰反射されることになる。
【０００５】
また、上記課題を解決するために、本発明の第２の態様における再帰反射部材は、板状のベース部材の表裏の平面にそれぞれの曲率中心軸が平行であって一致しないように対で設けられる入射側シリンドリカルレンズと射出側シリンドリカルレンズとを有する集光レンズを配列してなる集光レンズアレイと、集光レンズの各々に対応して、集光レンズの光軸に沿った特定の方向から入射する入射光の焦点面をそれぞれ鏡面とする円筒反射鏡面を有する円筒反射鏡面アレイとを備え、特定の方向から入射される入射光は、集光レンズアレイを透過して、円筒反射鏡面アレイで反射されることにより、特定の方向へ再帰反射される。
【０００６】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本実施形態に係る再帰反射部材を、ビルの壁面に適用した場合を示す図である。
【図２】本実施形態に係る再帰反射部材が入射光線を再帰反射する方向を示す説明図である。
【図３】実施例１に係る再帰反射部材の一部を示す外観斜視図である。
【図４】実施例１に係る再帰反射部材を、図２における平面Ｐで切断した場合の断面図である。
【図５】実施例１に係る再帰反射部材の、光学的関係を示す説明図である。
【図６】実施例２に係る再帰反射部材の、光学的関係を示す説明図である。
【図７】実施例３に係る再帰反射部材の断面図である。
【図８】実施例３に係る再帰反射部材の、光学的関係を示す説明図である。
【図９】実施例４に係る再帰反射部材の断面図である。
【図１０】実施例４に係る再帰反射部材の、光学的関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００９】
図１は、本実施形態に係る再帰反射部材１０を、ビル２０の壁面に適用した場合を示す図である。再帰反射部材１０は、ビル２０の外壁材の一部として利用される。
【００１０】
本実施形態に係る再帰反射部材１０は、特定の方向から入射する光線についてはその特定の方向に向けて反射し、他の方向から入射する光線については拡散させる性質を備える。つまり、特定の方向に対して再帰反射性を発揮し、他の方向に対しては再帰反射性を有さない。また、特定の方向から多少傾いた方向から入射する光線については、傾き角分だけ正反射し、２方向の成分については再帰反射と同様に反射する。再帰反射部材１０をビルの外壁材として利用する目的のひとつは、照射される太陽光を地面方向へ反射させることを防ぐことである。
【００１１】
近時のビルの外壁は、ガラスなどの反射部材で覆われることが多くなってきており、太陽光が反射部材で正反射されることにより、強烈な光と熱が地面方向へ照射されることが社会問題化している。特に、地面に蓄積された熱エネルギーがヒートアイランド現象を引き起こし、さらには地球温暖化の原因のひとつとなっていることは周知の事実である。そこで、本実施形態に係る再帰反射部材１０は、ビルに照射される太陽光を地面方向へ反射させず、宇宙空間の方向へ反射させて太陽光エネルギーを放出させる。
【００１２】
具体的には、再帰反射部材１０に直交する鉛直面内で相対する太陽１３１の太陽光である入射光１０１がビル２０の壁面に敷き詰められた再帰反射部材１０に入射すると、反射光１０２として、入射方向に沿って太陽に向けて反射される。反射された反射光１０２のエネルギーは、一部が大気に吸収されながら、やがて宇宙空間へ放出される。
【００１３】
一方で、地面による太陽光の照り返しもヒートアイランド現象の原因のひとつとなっている。したがって、再帰反射部材が入射方向に関わらず入射方向へ入射光を反射させると、地面による照り返しを再び地面方向へ反射させることになり、地面による蓄熱をより加速する結果となる。
【００１４】
そこで、本実施形態に係る再帰反射部材１０は、太陽１３１から地面に照射される入射光１０３の照り返し光１０４が入射した場合は、乱反射させて拡散する性質を有する。つまり再帰反射部材１０は、太陽１３１の太陽光が直接入射する方向からの入射光に対しては再帰反射性を備え、その他の方向から入射する入射光に対しては再帰反射させずに拡散する。
【００１５】
入射する太陽光は、季節、時間によってその方向が変化する。再帰反射部材１０は、後述するように、ある特定の方向から入射する光線を最も効率よく反射するように設定されている。しかしながら、その特定の入射角から若干傾いた入射光線に対しても、再帰反射に準ずる反射性を発揮する。具体的には、例えば太陽１３１が図示する太陽１３２の位置へ移動した場合、再帰反射部材１０へ直接入射する入射光１０５は、再帰反射部材１０に直交する鉛直面から傾いた角度分だけ正反射し、反射光１０６となって宇宙空間の方向へ放出される。つまり、再帰反射部材１０の法線方向と、鉛直面内で法線に直交する方向の成分については、再帰反射と同様にベクトルを反転させて反射し、鉛直面に直交する水平面内で法線に直交する方向の成分については正反射する。このような再帰反射に準ずる反射を、ここでは準再帰反射と呼ぶ。
【００１６】
図２は、本実施形態に係る再帰反射部材１０が入射光線を再帰反射する方向を示す説明図である。再帰反射部材１０は、ビル２０の南側壁面に敷き詰められているが、最も効率よく再帰反射する特定の方向が夏至の南中高度となるように設置されることが好ましい。この場合、所定の再帰反射率の得られる太陽の方角は、夏至の太陽行路１１１と冬至の太陽行路１１２に挟まれた、南方の一定の方角に含まれる実効方角１１０である。つまり、夏至の南中時刻で最も強く再帰反射され、これに準ずる一定の方角に太陽が位置する場合も所定の再帰反射効果を発揮する。なお、ここで言う再帰反射効果とは、図１を用いて説明した準再帰反射による効果を含む。したがって、太陽光を反射して宇宙空間に放出する効果は、広範な入射角に対して得られる。
【００１７】
次に、再帰反射部材１０の構造について説明する。再帰反射部材１０は様々な構造を採り得るので、いくつかの実施例に分けて説明する。
【００１８】
（実施例１）
図３は、実施例１に係る再帰反射部材２１０の一部を示す外観斜視図である。再帰反射部材２１０は、所定の大きさでユニット化されており、上述のようにビル２０の壁面に敷き詰める場合には、複数のユニットを並べて取り付ける。
【００１９】
ベース部材２５０の表面は、平面部２５１と、平面部２５１に沿って互いに平行であるアレイ状に配列された複数のシリンドリカルレンズ２５２から構成される。シリンドリカルレンズ２５２は、入射光を集光する集光レンズである。シリンドリカルレンズ２５２はベース部材２５０に対して一体的に形成されており、その素材として、透明性が高くて屈折率の大きい、例えばポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）などの有機ガラスが用いられる。なお、再帰反射部材２１０の用途によっても異なるが、壁材として利用する場合におけるシリンドリカルレンズ２５２の凸レンズ断面における半径は２ｍｍ程度に設定される。
【００２０】
実施例１における再帰反射部材２１０においては、シリンドリカルレンズ２５２のレンズ面で入射光が効果的に屈折するように、シリンドリカルレンズ２５２のレンズ面は空気層２４０の空気と接するように構成されている。一方、シリンドリカルレンズ２５２が外界に対して露出していると、その凹凸性から、汚れが付着しやすく清掃がしにくいという不都合を招く。そこで、シリンドリカルレンズ２５２が配列されていない平面部２５１の所々に支柱２３１を複数設置し、保護板ガラス２３０を表面に配置して支持する。これによりシリンドリカルレンズ２５２を保護することができ、清掃も容易となる。保護板ガラス２３０は、石英ガラスの他に、耐久性の高いポリカーボネートなどの有機ガラスを用いることもできる。
【００２１】
ベース部材２５０の裏面は、後述するように凹凸面である。そこで、取り扱い性、設置性などを考慮して、再帰反射部材２１０の裏面が平坦となるように、平坦化層２７０を設ける。平坦化層２７０は、ベース部材２５０の裏面の凹凸を埋めて平坦にする充填材等からなる。
【００２２】
また、再帰反射部材２１０には、図示はしていないが、保護板ガラス２３０とベース部材２５０の周縁部において、空気層２４０を外界から密封する封止材が設けられている。さらに、再帰反射部材２１０は、壁材等として利用できるように、ビス穴等の取付け部を周辺部に備える。
【００２３】
図４は、実施例１に係る再帰反射部材２１０を、図３における平面Ｐ、即ちシリンドリカルレンズ２５２の母線に垂直な面で切断した場合の断面図である。ここで、図示する入射光１０１は、平面部２５１の法線を含む断面平面である平面Ｐに沿い、かつ法線に対して斜交して入射する、最も再帰反射率の高い特定の方向からの入射光を表す。
【００２４】
上述のように、ベース部材２５０の表面側にはシリンドリカルレンズ２５２がアレイ状に一体形成されているが、裏面側には各々のシリンドリカルレンズ２５２に対応して円筒反射鏡面２５３と、円筒反射鏡面２５３の各々を接続する接続面２５４が形成されている。円筒反射鏡面２５３は、ベース部材２５０に対してシリンドリカルレンズ２５２の凸方向と同じ向きとなるように成形された円筒形状の一部をなす凸面に、高反射塗料が塗布されて、シリンドリカルレンズ２５２側から見たときに鏡面として機能するように形成されている。円筒反射鏡面２５３は、シリンドリカルレンズ２５２に対して特定の入射角およびこれに準ずる入射角で入射する入射光を再帰反射または準再帰反射させる面であるので、これらの入射角に対応する有効面を含むように、円筒面の一部がベース部材２５０に成形される。シリンドリカルレンズ２５２と円筒反射鏡面２５３の光軸は、最も効率よく反射させたい特定の方向の入射光に沿うように設定される。なお、円筒反射鏡面２５３は、対応するシリンドリカルレンズ２５２と対となって機能するので、円筒反射鏡面２５３も、ベース部材２５０に対してアレイ状に配列される。このとき、シリンドリカルレンズ２５２の円筒軸である曲率中心軸と、円筒反射鏡面２５３の円筒軸である曲率中心軸とは平行である。しかし、後述するように、特定の方向の入射光に対して最も効率よく再帰反射させるべく、これらの曲率中心軸は一致しないように配置されている。
【００２５】
また、実施例１に係る再帰反射部材２１０は、特定の方向から入射する太陽光を再帰反射させることを目的としているので、入射光は平行光と考えることができる。したがって、対となるシリンドリカルレンズ２５２と円筒反射鏡面２５３が、その相対関係を維持しながら繰り返し構造を採ることで、それぞれシリンドリカルレンズ２５２のアレイと円筒反射鏡面２５３のアレイが形成される。再帰反射させる対象光が平行光ではなく、シリンドリカルレンズ２５２ごとに入射光の入射角が異なる場合は、それぞれの入射光に対応するように、対となるシリンドリカルレンズ２５２と円筒反射鏡面２５３の相対関係を修正しながらアレイを形成すれば良い。
【００２６】
円筒面の一部として成形された円筒反射鏡面２５３のそれぞれを接続する接続面２５４は、入射光が入射する特定の方向とは異なる方向を向く、平面または曲面として成形されている。特定の方向以外の方向から入射する入射光は、シリンドリカルレンズ２５２または平面部２５１を透過して、直接にまたは円筒反射鏡面２５３で反射して、接続面２５４に到達する。接続面２５４は光拡散加工が施されており、接続面２５４に到達する入射光は拡散される。つまり、このように入射された入射光は、再帰反射されることなく拡散される。光拡散加工は、円筒反射鏡面２５３をマスクした上で、例えばブラスト処理により接続面２５４を粗化する加工である。
【００２７】
なお、接続面２５４に光拡散加工を施すことに代えて、平坦化層２７０を形成する充填材として光拡散させることのできる素材を用いても良い。このように構成すれば、接続面を透過した入射光が充填材で光拡散されるので、接続面２５４に光拡散加工を施す場合と同等の効果を発揮する。
【００２８】
接続面２５４には、光拡散加工を施した上に、色彩塗装を施しても良い。接続面２５４は入射光が入射する特定の方向とは異なる方向を向いており、例えばビル２０付近を歩く歩行者は、再帰反射部材２１０を見上げたときに、塗装が施された色彩を視認する。したがって、再帰反射部材２１０は、特定の方向から入射する入射光については効率的な再帰反射性を発揮しつつ、他の方向から観察者により観察されるときには、任意の色彩、模様を視認させることができる。なお、接続面２５４に色彩塗装を施すことに代えて、平坦化層２７０を形成する充填材に塗料を混ぜることにより、観察者に色彩、模様を視認させることもできる。
【００２９】
平坦化層２７０は、上述のように形成された円筒反射鏡面２５３の円筒面、および接続面２５４によるベース部材２５０の裏面側の凹凸を充填材で埋めて、再帰反射部材２１０として裏面を平坦にする役割を担う。これにより、円筒反射鏡面２５３と接続面２５４を保護すると共に、再帰反射部材２１０の取扱い性を向上させることができる。
【００３０】
図５は、実施例１に係る再帰反射部材２１０の、光学的関係を示す説明図であり、図３に示した平面Ｐ、即ちシリンドリカルレンズ２５２の母線に垂直な面で切断した場合の断面光路図である。特に、対となるシリンドリカルレンズ２５２と円筒反射鏡面２５３の関係を示す。図において、入射点ｂは入射光１０１がシリンドリカルレンズ２５２の境界と交わる点であり、焦点ｄは入射光１０１に対するシリンドリカルレンズ２５２の焦点である。また、中心ｃはシリンドリカルレンズ２５２のレンズ面の曲率中心であり、半径ｒはシリンドリカルレンズ２５２の半径である。シリンドリカルレンズ２５２は、中心ｃを通る紙面に垂直なラインを曲率中心軸とする。
【００３１】
入射点ｂと焦点ｄの距離は焦点距離ｆであり、点線で示す焦点面２５７は、入射点ｂを中心とする半径ｆの曲線を表す。円筒反射鏡面２５３を含む円筒面２５８は、焦点ｄを中心とする半径ｑの円筒面である。したがって、円筒反射鏡面２５３は、焦点ｄを通る紙面に垂直なラインを曲率中心軸とする。
【００３２】
屈折率ｎ１は入射光１０１が入射点ｂに入射する手前の媒質における屈折率であり、実施例１においては空気層２４０の屈折率であるのでｎ１＝１．０である。屈折率ｎ２は入射光１０１が入射点ｂに入射してからの媒質における屈折率であり、実施例１においては、シリンドリカルレンズ２５２が一体的に形成されるベース部材２５０の屈折率である。ベース部材２５０としてポリカーボネートを用いた場合の屈折率は、ｎ２＝１．５８５である。入射点ｂ、中心ｃおよび焦点ｄを結ぶ直線は、シリンドリカルレンズ２５２と円筒反射鏡面２５３の光軸であり、実施例１において入射光１０１は、この光軸に沿った特定の方向から入射する太陽光を想定している。
【００３３】
球面レンズ境界の前後において近軸領域の範囲で成立するアッベの不変量によれば、物体の位置からレンズ境界までの距離をｓ、レンズ境界から像の位置までの距離をｓ'、物体側の媒質の屈折率をｎ１、像側の媒質の屈折率をｎ２、球面レンズの半径をｒとすると、
ｎ１（１／ｒ−１／ｓ）＝ｎ２（１／ｒ−１／ｓ'）                      （１）
が成立する。ここで、実施例１においては、断面内における光線の挙動に対してアッベの不変量が適用でき、また、太陽光を入射光として扱うので、ｓ→∞、ｓ'→ｆとなる。すると、焦点距離ｆは、
ｆ＝（ｎ２／ｎ２−ｎ１）ｒ                                            （２）
が成り立つ。
【００３４】
したがって、入射点ｂを中心とする半径ｆの円筒面である焦点面２５７のうち、焦点ｄの近傍を鏡面とすれば、入射光１０１を再帰反射させることができる。しかし、このように鏡面を設定すると、凹面に焦点が存在することになり、太陽光を集光して過熱する場合がある。そこで実施例１においては、焦点面を鏡面とすることを避けて、焦点ｄを中心とする半径ｑの円筒面２５８上に円筒反射鏡面２５３を設定する。このように円筒反射鏡面２５３を設定すると、入射光１０１とその近傍の光線は、いずれも円筒反射鏡面２５３に対して直交して入射するので、入射する方向にそのまま反射する。すなわち、再帰反射させることができる。さらに、半径ｑは光学的に一意に定まるものではないので、集光による許容発熱量、再帰反射部材２１０の厚さ、再帰反射率、有効入射角等のパラメータに応じて適宜設定することができる。
【００３５】
実施例１におけるシリンドリカルレンズ２５２の焦点距離ｆは、シリンドリカルレンズ２５２の半径ｒと一致させない。焦点距離ｆが半径ｒと一致すると、シリンドリカルレンズ２５２のレンズ面と円筒反射鏡面２５３は同心となるので、特定の方向からの入射光を再帰反射させるのではなく、シリンドリカルレンズ２５２へ垂直に入射するすべての入射光を再帰反射させてしまう。したがって、特定方向の入射光を再帰反射させるには、シリンドリカルレンズ２５２のレンズ面曲率中心ｃと円筒反射鏡面２５３の中心ｄが異なる位置となるように、シリンドリカルレンズ２５２の焦点距離ｆを設定する。そして、この場合、最も効率よく再帰反射される特定の方向とは、シリンドリカルレンズ２５２の曲率中心ｃと円筒反射鏡面２５３の曲率中心ｄとで定義される光軸（図５では、中心光線１０１、１０２に一致）の方向となる。以下の実施例においても同様である。
【００３６】
（実施例２）
上記実施例１においてはシリンドリカルレンズ２５２の凸方向と同じ向きとなるように円筒反射鏡面２５３の凸面を設定したが、円筒反射鏡面２５３は逆向きに凸面を設けても良い。図６は、円筒反射鏡面２５３の凸面を逆向きに設けた、実施例２に係る再帰反射部材の光学的関係を示す説明図である。図５と同一の要素については同一の符番を付して説明を省略する。
【００３７】
上述のように、焦点ｄを中心とする半径ｑの円筒面２５８上に鏡面を設ければ、焦点面を鏡面とすることを避けられる。したがって、焦点ｓよりシリンドリカルレンズ２５２側の円筒面２５８上に鏡面を設けるだけでなく、焦点ｓより後方側の円筒面２５８上に鏡面を設けても良い。すなわち、シリンドリカルレンズ２５２側から見れば凹面となる領域に円筒反射鏡面３５３を設ける。この場合、高反射塗料を塗布する面が凸面となるので鏡面を形成しやすい。
【００３８】
上述のいずれの実施例においても、シリンドリカルレンズ２５２と、これに対応する円筒反射鏡面２５３または円筒反射鏡面３５３とは対として、ベース部材２５０に対してそれぞれアレイ状に配列される。再帰反射率を調整したい場合は、配列させるアレイの密度を変更すればよい。この場合、各々の大きさを小さくして密に配列させることもできる。
【００３９】
（実施例３）
図７は、実施例３に係る再帰反射部材４１０を、図３における平面Ｐと同様の断面で切断した場合の断面図である。図示するように、本実施例では、第１実施例および第２実施例と、円筒反射鏡面の配置が若干異なる。以下に共通する部分の説明を省略しつつ、本実施例の特徴部分を中心に説明する。
【００４０】
図示する入射光１０１は、平面部４５１の法線を含む断面平面に沿い、かつ法線に対して斜交して入射する、最も再帰反射率の高い特定の方向からの入射光を表す。ベース部材４５０の表面側にはシリンドリカルレンズ４５２がアレイ状に一体形成されているが、裏面側には各々のシリンドリカルレンズ４５２に対応して円筒反射鏡面４５３と、円筒反射鏡面４５３の各々を接続する接続面４５４が形成されている。円筒反射鏡面４５３は、ベース部材４５０に対してシリンドリカルレンズ４５２の凸方向と逆向きとなるように成形された球形状の一部をなす凸面に、高反射塗料が塗布されて、シリンドリカルレンズ４５２側から見たときに鏡面として機能するように形成されている。円筒反射鏡面４５３は、シリンドリカルレンズ４５２に対して特定の入射角およびこれに準ずる入射角で入射する入射光を再帰反射または準再帰反射させる面であるので、これらの入射角に対応する有効面を含むように、円筒面の一部がベース部材４５０に成形される。シリンドリカルレンズ４５２と円筒反射鏡面４５３の光軸は、最も効率よく反射させたい特定の方向の入射光に沿うように設定される。なお、円筒反射鏡面４５３は、対応するシリンドリカルレンズ４５２と対となって機能するので、円筒反射鏡面４５３も、ベース部材４５０に対してアレイ状に配列される。このとき、シリンドリカルレンズ４５２の円筒軸である曲率中心軸と、円筒反射鏡面４５３の円筒軸である曲率中心軸とは平行である。しかし、特定の方向の入射光に対して最も効率よく再帰反射させるべく、これらの曲率中心軸は一致しないように配置されているのは実施例１および実施例２と同様である。
【００４１】
図８は、実施例３に係る再帰反射部材４１０の、光学的関係を示す説明図である。特に、対となるシリンドリカルレンズ４５２と円筒反射鏡面４５３の関係を示す。図において、入射点ｂは入射光１０１がシリンドリカルレンズ４５２の境界と交わる点であり、焦点ｄは入射光１０１に対するシリンドリカルレンズ４５２の焦点である。また、中心ｃはシリンドリカルレンズ４５２の曲率中心であり、半径ｒはシリンドリカルレンズ４５２の半径である。シリンドリカルレンズ４５２は、中心ｃを通る紙面に垂直なラインを曲率中心軸とする。
【００４２】
入射点ｂと焦点ｄの距離は焦点距離ｆであり、点線で示す焦点面４５７は、入射点ｂを中心とする半径ｆの曲面を表す。上述のようにアッベの不変量を適用すると、入射点ｂを中心とする半径ｆの曲面である焦点面４５７のうち、焦点ｄの近傍を鏡面とすれば、入射光１０１とその近傍の光線は、いずれもこの鏡面に対して直交して入射するので、入射する方向にそのまま反射させることができる。すなわち、再帰反射させることができる。そこで実施例３においては、この入射点ｂを中心とする半径ｆの円筒面に沿って円筒反射鏡面４５３を設けている。したがって、円筒反射鏡面４５３は、入射点ｂを通る紙面に垂直なラインを曲率中心軸とする。実施例１および実施例２の構成においては、焦点面を鏡面とすることによる過熱を避けたが、本実施例においては、積極的に焦点面を鏡面とすることにより熱エネルギーを獲得することを意図する。
【００４３】
シリンドリカルレンズ４５２の半径ｒを変更すれば焦点距離ｆを変更することができるので、再帰反射部材４１０の厚さ、再帰反射率、有効入射角等のパラメータに応じて適宜設定することができる。また、円筒反射鏡面４５３の鏡面として焦点面４５７に沿って設ける有効面の大きさを変更することによっても、再帰反射率、有効入射角等を適宜設定することができる。
【００４４】
上述のように、シリンドリカルレンズ４５２とこれに対応する円筒反射鏡面４５３は対として、ベース部材４５０に対してそれぞれアレイ状に配列される。再帰反射部材４１０全体としての再帰反射率を調整したい場合は、配列させるアレイの密度を変更しても良い。この場合、各々の大きさを小さくして密に配列させることもできる。
【００４５】
（実施例４）
図９は、実施例４に係る再帰反射部材５１０を、図３における平面Ｐと同様の平面で切断した場合の断面図である。図示するように、本実施例では、シリンドリカルレンズアレイと円筒反射鏡面アレイの間にもう１つのシリンドリカルレンズアレイと空気層を備える点で上記の実施例とは異なる。以下に共通する部分の説明を省略しつつ、本実施例の特徴部分を中心に説明する。
【００４６】
図示する入射光１０１は、平面部５５１の法線を含む断面平面に沿い、かつ法線に対して斜交して入射する、最も再帰反射率の高い特定の方向からの入射光を表す。第１ベース部材５５０の表面側には第１シリンドリカルレンズ５５２がアレイ状に一体形成されているが、裏面側にも各々の第１シリンドリカルレンズ５５２に対応して、射出側レンズとしての第２シリンドリカルレンズ５５３がアレイ状に一体形成されている。対応するそれぞれの第１シリンドリカルレンズ５５２と第２シリンドリカルレンズ５５３は、対となって集光レンズを構成し、アレイ状に形成された集光レンズは集光レンズアレイを構成する。このとき、第１シリンドリカルレンズ５５２の円筒軸である曲率中心軸と、第２シリンドリカルレンズ５５３の円筒軸である曲率中心軸とは平行である。しかし、特定の方向の入射光に対して最も効率よく再帰反射させるべく、これらの曲率中心軸は一致しないように配置されている。
【００４７】
集光レンズの光軸に沿って入射する入射光は、集光レンズによって集光され、第２ベース部材５７０に形成された円筒反射鏡面５７１で結像する。円筒反射鏡面５７１は、第１ベース部材５５０に対して第２シリンドリカルレンズ５５３の凸方向と同じ向きとなるように第２ベース部材５７０に成形された円筒形状の一部をなす凹面に、高反射塗料が塗布されて、集光レンズ側から見たときに鏡面として機能するように形成されている。円筒反射鏡面５７１は、集光レンズに対して特定の入射角およびこれに準ずる入射角で入射する入射光を再帰反射または準再帰反射させる面であるので、これらの入射角に対応する有効面を含むように、円筒面の一部が第２ベース部材５７０に成形される。集光レンズおよび円筒反射鏡面５７１の光軸は、最も効率よく反射させたい特定の方向の入射光に沿うように設定される。なお、円筒反射鏡面５７１は、対応する集光レンズと対となって機能するので、円筒反射鏡面５７１も、第２ベース部材５７０に対してアレイ状に配列される。
【００４８】
第２ベース部材５７０には、円筒反射鏡面５７１の各々を接続する接続面５７２が形成されている。また、接続面５７２の一部には平面部５７３が形成されている。平面部５７３は、第１ベース部材５５０の裏面側に形成された第２シリンドリカルレンズ５５３のアレイ間を接続する平面部５５９と互いに平行に対向している。なお、共に第１ベース部材５５０に設けられた平面部５５１と平面部５５９も互いに平行な面である。
【００４９】
対向する平面部５５９と平面部５７３の間の所々には複数のスペーサ５６１が設けられており、これらのスペーサ５６１は、第１ベース部材５５０と第２ベース部材５７０を接着により一体化すると共に、入射光１０１が円筒反射鏡面５７１で結像するように、第１ベース部材５５０と第２ベース部材５７０の間隔を定める。第１ベース部材５５０と第２ベース部材５７０の間には、第２空気層５６０が形成される。なお、本実施例においては、支柱５３１で支持される保護板ガラス５３０と第１ベース部材５５０の間に形成される空気層は、第１空気層５４０として機能する。
【００５０】
上述の実施例１から３と同様に、接続面５７２に光拡散加工を施しても良い。また、本実施例においては、接続面５７２に光拡散加工を施すことに代えて、第２ベース部材５７０の裏面に光拡散加工を施しても良い。このように構成すれば、円筒反射鏡面５７１で再帰反射されずに第２ベース部材に入射した入射光を拡散させることができる。また、円筒反射鏡面５７１を個別にマスクする必要がないので、光拡散加工が容易である。
【００５１】
さらに、上述の実施例１から３と同様に、接続面５７２に色彩塗装を施しても良い。また、本実施例においては、接続面５７２に色彩塗装を施すことに代えて、第２ベース部材５７０の裏面に色彩塗装を施すことにより、観察者に色彩、模様を視認させることもできる。円筒反射鏡面５７１の領域に高反射塗料が塗布できる素材であれば、第２ベース部材５７０自体を有色とすることもできる。
【００５２】
図１０は、実施例４に係る再帰反射部材５１０の、光学的関係を示す説明図である。特に、対となる第１シリンドリカルレンズ５５２、第２シリンドリカルレンズ５５３および円筒反射鏡面５７１の関係を示す。図において、入射点ｂは入射光１０１が第１シリンドリカルレンズ５５２の境界と交わる点であり、射出点ｅは入射光１０１が第２シリンドリカルレンズ５５３の境界と交わる点である。焦点ｇは、第１シリンドリカルレンズ５５２と第２シリンドリカルレンズ５５３からなる集光レンズの入射光１０１に対する焦点である。また、中心ｃは第１シリンドリカルレンズ５５２のレンズ面曲率中心であり、半径ｒ１は第１シリンドリカルレンズ５５２の半径である。同様に、中心ｄは第２シリンドリカルレンズ５５３のレンズ面曲率中心であり、半径ｒ２は第２シリンドリカルレンズ５５３の半径である。第１シリンドリカルレンズ５５２は、中心ｃを通る紙面に垂直なラインを曲率中心軸とし、第２シリンドリカルレンズ５５３は、中心ｄを通る紙面に垂直なラインを曲率中心軸とする。
【００５３】
焦点距離ｆは、集光レンズの焦点距離であり、点線で示す焦点面５７７は、後側主点ｈを中心とする半径ｆの円筒面を表す。屈折率ｎ１は入射光１０１が入射点ｂに入射する手前の媒質における屈折率であり、本実施例においては第１空気層５４０の屈折率であるのでｎ１＝１．０である。屈折率ｎ２は入射光１０１が入射点ｂに入射してからの媒質における屈折率であり、本実施例においては、第１シリンドリカルレンズ５５２が一体的に形成される第１ベース部材５５０の屈折率である。第１ベース部材５５０としてポリカーボネートを用いた場合の屈折率は、ｎ２＝１．５８５である。屈折率ｎ３は入射光１０１が射出点ｅから射出した後の媒質における屈折率であり、本実施例においては第２空気層５６０の屈折率であるのでｎ３＝１．０である。入射点ｂ、中心ｃ、中心ｄ、射出点ｅおよび焦点ｇを結ぶ直線は、第１シリンドリカルレンズ５５２、第２シリンドリカルレンズ５５３および円筒反射鏡面５７１の光軸であり、本実施例において入射光１０１は、この光軸に沿った特定の方向から入射する太陽光を想定している。
【００５４】
大気中に置かれたレンズにおいて近軸領域の範囲で成立するレンズ・メーカーの式によれば、各面の曲率半径をｒ１、ｒ２、レンズの屈折率をｎ、レンズの面間隔をＤとすると、焦点距離ｆは、
ｆ＝ｎｒ１ｒ２／｛（ｎ−１）２Ｄ＋ｎ（ｎ−１）（ｒ２−ｒ１）｝            （３）
が成立する。
【００５５】
したがって、後側主点ｈを中心とする半径ｆの曲面である焦点面５７７のうち、焦点ｇの近傍を鏡面とすれば、入射光１０１とその近傍の光線は、いずれもこの鏡面に対して直交して入射するので、入射する方向にそのまま反射させることができる。すなわち、再帰反射させることができる。そこで本実施例においては、この後側主点ｈを中心とする半径ｆの曲面に沿って円筒反射鏡面５７１を設けている。なお、レンズの面間隔Ｄは、入射点ｂと射出点ｅの距離である。
【００５６】
第１シリンドリカルレンズ５５２の半径ｒ１および第２シリンドリカルレンズ５５３の半径ｒ２を変更すれば焦点距離ｆを変更することができるので、再帰反射部材５１０の厚さ、再帰反射率、有効入射角等のパラメータに応じて適宜設定することができる。半径ｒ１およびｒ２は、異なる値であっても同じ値であっても良い。また、円筒反射鏡面５７１の鏡面として焦点面５７７に沿って設ける有効面の大きさを変更することによっても、再帰反射率、有効入射角等を適宜設定することができる。
【００５７】
上述のように、第１シリンドリカルレンズ５５２、第２シリンドリカルレンズ５５３および円筒反射鏡面５７１はそれぞれアレイ状に配列される。再帰反射部材１０全体としての再帰反射率を調整したい場合は、配列させるアレイの密度を変更しても良い。この場合、各々の大きさを小さくして密に配列させることもできる。
【００５８】
上述の各実施例においては、集光レンズの例として断面が円弧である凸シリンドリカルレンズを採用したが、集光レンズの断面は円弧に限らない。所定の再帰反射率を得る入射角の範囲を調整する、入射光の波長依存性を軽減する等を目的として、円弧以外の曲線を採用することもできる。また、反射鏡面についても、断面として円弧以外の曲線を採用することができる。円弧以外の曲線としては、２次曲線（放物線・双曲線・楕円）または、高次多項式で表される非球面が挙げられる。また、シリンドリカルレンズの短手断面がフレネルレンズ形状であるシリンドリカルフレネルレンズも採用できる。
【００５９】
以上の実施形態においては、ビル２０に適用する壁材として、太陽光を再帰反射させる再帰反射部材を例に説明したが、適用事例は壁材に限らない。例えば、人工衛星の外装部材に用いて、熱吸収を押さえることも可能と考えられる。あるいは、シート状など小型薄型に形成して、キャラクターシールなどの装飾材に用いることもできる。
【００６０】
また、自動車、鉄道車両、船舶、航空機などの外装、ガスタンク、燃料タンクなどの外装にも再帰反射部材を利用することができる。例えば、自動車の屋根に再帰反射部材を取り付ける場合、たとえ特定の時間の太陽を想定しても太陽の方向は自動車の姿勢により変化するので、最も効果を発揮する再帰反射させる特定の方向として、屋根に垂直な方向を設定すると良い。このとき、それぞれ対応する集光しリンドリカルレンズと円筒反射鏡の光軸は、ベース部材の平面に対する法線と平行になる。
【００６１】
また、以上の実施形態においては、取扱い性を考慮して、表面を保護板ガラスで覆い、裏面を平坦化層で埋める構成を採用した。しかし、このような形態に限らず、集光レンズアレイおよび円筒反射面鏡アレイが形成されたベース部材を２枚のガラスの間に配置、封入する構成であっても良い。このように構成すれば、再帰反射部材の一部の領域に透過性を持たせることができ、再帰反射部材を設置する設置面の装飾を視認させたり、設置面からの照明を実現することができる。また、鏡面自体に着色することでより装飾性を高めることもできる。さらには、シリンドリカルレンズのベースとなる透明樹脂部材に塗料を混ぜて着色することもできる。透過率は落ちるものの、装飾性をより高めることができる。
【００６２】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００６３】
１０  再帰反射部材、２０  ビル、１０１  入射光、１０２  反射光、１０３  入射光、１０４  照り返し光、１０５  入射光、１０６  反射光、１１０  実効方角、１１１  夏至の太陽行路、１１２  冬至の太陽行路、１３１、１３２  太陽、２１０  再帰反射部材、２３０  保護板ガラス、２３１  支柱、２４０  空気層、２５０  ベース部材、２５１  平面部、２５２  シリンドリカルレンズ、２５３  円筒反射鏡面、２５４  接続面、２５７  焦点面、２５８  円筒面、２７０  平坦化層、３５３  円筒反射鏡面、４１０  再帰反射部材、４５０  ベース部材、４５１  平面部、４５２  シリンドリカルレンズ、４５３  円筒反射鏡面、４５４  接続面、５３０  保護板ガラス、５４０  第１空気層、５５０  第１ベース部材、５５１  平面部、５５２  第１シリンドリカルレンズ、５５３  第２シリンドリカルレンズ、５５９  平面部、５６０  第２空気層、５６１  スペーサ、５７０  第２ベース部材、５７１  円筒反射鏡面、５７２  接続面、５７３  平面部、５７７  焦点面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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