目前，逆反射效果的改善，主要是通過更合理的反光單元結構和更新的材料技術實現的。在這些新材料裏，有塑料棱鏡反射器，如自行車尾燈、車輛用反射片等，也有結構復雜的各種反光膜等。逆反射材料主要采用兩種不同的技術原理實現光線的逆反射——玻璃珠技術和微棱鏡技術。 玻璃珠型反光材料的反光原理，主要利用了玻璃珠的玻璃珠技術和玻璃珠背面基材的金屬反射層。入射光經玻璃珠折射後，在反射層上聚集，再從這個聚集焦點，經過玻璃珠的第二次折射，返回光源方向。在實際應用中的玻璃珠逆反射材料除了玻璃珠和金屬反光層以外，還包括了起保護作用的透明樹脂表層膜和起安裝作用的背膠。在這項技術裏，玻璃珠的大小對整個反光亮度幾乎沒有影響，但玻璃珠的化學成分，或者更具體地說材質，會有很大的影響。這裏包含有壹個非常關鍵的參數就是玻璃珠的折射率，這個折射率會影響光線通過時的焦點的位置，焦點的位置必須有壹個金屬反光層讓光線回到玻璃珠以後，才能實現光線的再次折射（角度導致其實際已經是反射）光線回到光源而完成整個逆反射過程。圖17是大小壹樣但折射率不同的球體有不同的焦點。
玻璃珠的折射率、玻璃珠的粒徑和光匯聚後形成的焦點位置（焦距）之間關系符合以下公式：
（公式1）
式中：f——匯聚光焦距即透鏡中心到焦點的距離;
r——玻璃珠半徑;
nd——玻璃珠的折射率。
由上述公式可見，玻璃珠的折射率和微珠的粒徑對焦距的影響直接影響到反光材料的反光性能。玻璃珠背面的反射層壹般為玻璃珠鍍銀，或鍍鋁。逆反射之所以也稱回歸反射，就是由於逆反射入射光和反射光位於法線同側，其原理可從圖19的定向反光光路圖中看出。
當壹束光Ⅰ射向玻璃珠時，在微珠表面P點發生折射，折射光在A點發生鏡面反射，然後在P′點再發生折射，返回光源。由圖19可知∠α=∠PAO（同位角），據反射定律n·sin∠PAO=n′sin∠P′AO,而在玻璃珠內部反射n=n′∴∠PAO=∠P′AO，由光路的可逆性n·sinα′= n′sin∠P′AO=n·sin∠PAO=n·sinα∴n·sinα′= n·sinα，即α=α′，則Ⅰ∥Ⅰ′。入射光Ⅰ平行於反射光Ⅰ′意味著壹個反射單元對壹平行光的反射光也將是壹束平行光，而由於微珠很小，所以反射光束的光軸和入射光束的光軸幾乎重合，從而完成整個逆反射過程。這個折射率的差別使得以玻璃珠技術生產的反光材料分為暴露型、透鏡埋入型和密封膠囊型。
暴露型玻璃珠的最好例子，就是上面提到的仍在美國的鄉村使用的古董級反光標誌牌、反光布、反光片和道路標線塗料。它和後面兩種類別的區別，在於它的玻璃珠上面沒有保護膜而直接和空氣接觸。光線直接經過玻璃珠的折射聚焦後，其能量損失最少，光線受到的影響也最小，因此，其反光強度比較高。但是在特定的情況下，有些玻璃珠是沒有金屬反光層的，比如反光標線塗料，它的反光層就是白色的標線塗料。這樣的反光層不能精確地把光線反射回玻璃珠，形成有效的逆反射，所以其反光亮度很低，壹般是反光衣物和反光標誌牌亮度單位的千分之壹。如圖19中的反光衣物與地面標線的對比效果。
反光材料的性能，除了與玻璃珠本身的性質有關以外，還取決於玻璃珠的有序排列、玻璃珠與基材的粘合度、耐侯性能和角度性能，而這些都是玻璃珠暴露型反光材料的不足之處。這種裸露型的反光材料，其反光亮度已經無法與其他更新的反光材料相比，在很多情況下也已經不能適應高速交通的安全要求，所以已經逐步退出了在交通標誌牌上的應用。但在其他領域，比如反光服裝和反光塗料上仍然在大量使用。
在暴露型玻璃珠的基礎上，進壹步研發了透鏡埋入型的玻璃珠反光材料，它是將玻璃珠直接埋入在透明樹脂裏的。由於玻璃珠的大小並不是完全壹致的，玻璃珠和背後的反光層的距離也不是壹致的，在光線穿過玻璃珠時，並不能保證該玻璃珠的焦點就正好落在背後的反光層上，這時就不能反射光線再次通過玻璃珠回到光源。因此該類型的逆反射亮度並不是很高。
在上述兩種逆反射技術之上，又有了密封膠囊型的玻璃珠反光材料。其反光層是直接塗在玻璃珠上的。該類型玻璃珠的折射率與前者不同，它的特點在於折射率可以控制它的焦點剛好落在它的外壁上，而外壁上正好有壹個反光層，這樣的結果是保證了所有從玻璃珠折射到外壁的光線都可以返回到玻璃珠。這個特殊的折射率有壹個副產品，就是光線只能從空氣層進入該玻璃珠時才能保證該折射率有效。所以這類產品的特征除了反光亮度比透鏡埋入型產品有更高反光亮度以外還有壹個特征：在玻璃珠前面有壹個空氣層。這個空氣層解決了膜結構內和膜結構的溫差問題，減少了露水凝結導致的視認難題。圖21是兩者在結構上的對比，圖22是兩者在顯微鏡下的對比。 值得關註的是，上述這些技術，都是反光材料發展前期的壹些技術，其核心技術的生成與發展，主要是在20世紀40年代到70年代，此後，伴隨著密封膠囊型反光膜上的多項技術專利在1985年到期，逆反射材料的新技術研發，開始轉向新的反光材料——棱鏡型反光材料。主要原因是，從數學角度看，玻璃珠型反光材料的反射效率，由於受到玻璃珠的球體形狀的限制，有很多體積部分，是無法作為反射區的，並不是最理想的光反射控制途徑，所以反光效率並不高，反光角度也還沒有得到更好的控制，加之在生產過程中的能耗、廢棄物排放、VOC的排放（可揮發性有機化合物的總稱），都比之後問世的微棱鏡反光材料高，因此，從進入21世紀後，在世界範圍內，特別是在發達國家和地區，在交通標誌用反光材料領域，棱鏡結構的反光材料開始越來越獲得了普遍的應用。
微棱鏡逆反射技術
逆反射材料除了采用玻璃珠技術原理制作外，有另外壹種微棱鏡型技術，其原理是:光線由棱鏡的三個面鏡面反射之後朝光源方向返回。每壹個單位的微棱鏡相當於立方體的壹個角，入射光線經過微棱鏡的全反射，向光源方向反射。和玻璃珠技術的區別在於，微棱鏡技術沒有光線的折射，也沒有金屬反射層，所有的光線都從微棱鏡的三個面反射出去，這些光線反射都發生在微棱鏡和空氣的界面中，因此在微棱鏡結構中，其棱鏡上面和下面都有壹個空氣層。
根據反射效率的大小，棱鏡反射分為部分反射和全反射。全反射是壹種特殊的反射現象，其發生必須滿足兩個條件：光線從光密介質進入到光疏介質，入射角大於或等於臨界角。圖22是光線從折射到全反射的變化，當n1> n2及入射角增大時，更多的光線被反射回去；當入射角增大到某壹角度時（臨界角），發生全反射。
根據臨界角的定義，可以求出光從折射率為n1的光密介質進入折射率為n2的光疏介質時的臨界角。設入射角為α0時，折射角為90°，如圖23所示，由折射定律可得： 所以，由上式可見，光疏介質的折射率n2越小，光密介質的折射率n1越大，發生全反射的臨界角越小，即越容易發生全反射。由上式計算出α0的正弦值後，查三角函數表得α0值，或從計算器上查得α0值。註意光密和光疏是相對兩種界面發生全反射的物質而言的。壹種物質可以是某壹特定界面時的光疏物質而同時是另外壹個界面的光密物質。當光從折射率為n的某種介質射入真空（空氣）時，臨界角計算公式為：
表1是對比空氣而言的幾種物質的臨界角。
表1 幾種常見物質對真空(空氣)的臨界角 物質（固體） 臨界角（°） 物質（液體） 臨界角（°） 金剛石 24.4 甘油 42.9 二硫化碳 38.1 酒精 47.3 玻璃 30-42 水 48.6 在非交通安全產品以外應用最廣的全反射產品是光纖通信。光纖的結構由中心和外皮兩種不同介質組成，當光線從中心傳播時遇到光纖彎曲處，會發生全反射現象，這樣就保證了光線不會泄漏到光纖外。
這種技術開始應用在交通安全產品上是從截角式微棱鏡開始的。所謂截角式棱鏡（英文：truncated cube），就是指整個微棱鏡的基本結構和立方體的壹個切角的結構是類似的。這個切角的切面和三個反射面的角度變化可以組合成幾種不同角度性能的微棱鏡結構。把這些結構的單元聯結排列後形成完整的平面，在這個平面的上面加保護膜，然後在下面加背膠就制造出了在道路上廣泛使用的截角棱鏡型反光膜。圖25是微棱鏡的截面圖。
由於微棱鏡反光膜裏的反射單元，是根據能進行光反射的棱鏡型數學模型，由人工微復制出的，所以從理論上講，微棱鏡的結構，是能夠根據光反射的功能需要，進行結構調整的，其中真正的難度，在於微復制的工藝和材料科學。也因為這些特點，微棱鏡結構的反光膜，有多種結構形式。以下主要介紹三種結構類型。
第壹種結構，是和普通微棱鏡的數學模式壹樣的結構，它的切面為正三角形，三個反射面為三個相互垂直的直角等邊三角形。在排列方式上是把六個切角連接成壹個正六角形，整個平面排列方式是蜂窩狀的結構。使用這種結構制作的反光膜，正面反射亮度非常高，而且沒有方向性（方向性是指同壹反光膜在同樣的觀測條件下，垂直放置和平行放置時的逆反射性能不壹樣），但在大的入射角，也就是照射光線不和切面垂直時，反光亮度會有很大的衰減。如圖26所示。
第二種結構，棱鏡三個反射面也是相互垂直的，但其切面不是正三角形而是等邊三角形。其排列方式也是連接六個微棱鏡單位成為壹個六角形，但這個六角形並不是等邊的六角形。根據這種結構做出的反光膜，正面亮度比正六角形排列的反光膜要低，但在大的入射角，也就是照射光線不和切面垂直時，反光亮度不會有很大的衰減，加上本身正面亮度就不高，所以雖然它在遠距離的反光亮度壹般，但在車燈近距離照射時（觀測角加大），反光亮度比第壹種結構的要高。還有，其方向性要比第壹種結構要強。如圖26所示。
第三種結構，是壹種不同於前兩種結構的特殊結構。其特殊之處在於它的基本單元不是壹致的，而是由兩種不同形狀的切角排列組成，如圖27所示。
該第三種結構，就是21世紀初形成的最新技術，叫全棱鏡逆反射技術。 全棱鏡逆反射技術形成的背景
無論是玻璃珠型還是和棱鏡型的反光材料，其實都是通過光線作用在材料結構上的幾何體實現的。也就是說，這種逆反射材料的結構，首先是以數學理論為基礎的。它利用幾何體對光的折射和反射，結合光波傳送時的波長和特點，找到了盡量完美的光線傳導方式，並通過材料科技加以實現，從而不斷地提升了不同入射角度的光線的逆反射亮度。
這種利用數學幾何模型，尋找光回復反射效率改善答案的努力，在21世紀初，達到了微棱鏡逆反射技術的新的理論高峰，並通過和微復制技術和膜技術的結合，成功地完成了全棱鏡逆反射材料的制作，
全棱鏡逆反射反光膜的數學結構，從理論上說，可實現100%的逆反射效率，兼備了交通標誌反光膜所應該具備的兼顧遠距離發現能力和中近距離的認讀能力。用這種理論指導完成的全棱鏡逆反射材料，是完全根據交通標誌的動態視認需求特點，再結合光學、人體工程學的技術，首先完成了數學結構的設計後，再通過微復制技術，制造出來的新壹帶逆反射材料。它既做到了在盡量遠的距離上，保持優越的逆反射性能，使駕駛者盡早發現標誌，又做到了不同的車輛連同駕駛者，在進入200米左右之後的標誌內容視認距離後，也就是在觀測角快速變大，車輛迅速接近交通標誌時，逆反射系數的衰減緩慢，使標誌的逆反射光度，在0.2到2.0度觀測角之間始終保持了超過50%的逆反射效率，即在距離標誌50到200米的範圍內，盡量使標誌處在便於識讀的穩定亮度狀態下.
圖28是根據美國ASTM標準定義的不同級別的反光膜，在觀測角變大時，所能保持的逆反射效率曲線，其中第I、III類是玻璃珠型的反光膜，對應GB/T 18833-2012的I、III類，X、IX類是兩種截角型棱鏡反光膜，對應GB/T 18833-2012的第IV類，逆反射效率最高的，是全棱鏡型反光膜, 對應GB/T 18833-2012的第V，。
全棱鏡反光膜的目標，是要使交通安全領域裏使用的各種逆反射材料，都能最大限度的“利用”來自於主動光源的能量，實現最理想的逆反射效率，從而優化視認距離，提高視認效率，改善安全視認條件。
到目前為止，全棱鏡反光膜實際產品的逆反射效率是58%，它的未來發展方向大致有兩個。壹個來源於材料工藝的提升以降低實際反射效率和理論的差異，這包括通過材料表面和機理的研究與提高，進壹步減少光損耗，增強耐侯性，增強反光材料的韌性和貼服適應力等；另外壹個是進壹步加大和新材料的結合以適應不同的需求，其中壹個已經成功的例子是和耐侯性熒光材料結合而產生的熒光反光膜，利用熒光材料轉換不可見光為可見光的性能，革命性地提高了反光膜在黃昏和黎明時的反光亮度。
全棱鏡反光材料實現全反射理論的過程
全棱鏡是微棱鏡結構中的壹種特殊結構形式。在制造第壹代和第二代微棱鏡時，光學的折射率和臨界角的知識已經完善，因此，從傳統微棱鏡過渡到全棱鏡的並不是反射理論知識的更新，而是完全由壹個新技術，即微復制技術和已有的微棱鏡技術的結合產生的對微米級結構的切割和組合材料工藝技術。雖然微棱鏡的所有表面都有全反射功能，但從全反射到逆反射還需要壹個條件，就是光線必須連續在微棱鏡單元上的三個面上各進行壹次全反射。在微棱鏡的截角式結構裏並不是所有的光線照射到截角式微棱鏡以後都可以完成三次全反射，達到逆反射效果；照射到微棱鏡三個角落的光線只能完成兩次全反射，而沒有逆反射效果，圖29說明了截角微棱鏡的不反光部分。圖29右側顯示了全棱鏡的全部反光（圖中綠色部分為有效反射面積）。
突破這個瓶頸的關鍵，就是把微棱鏡中反光和不反光的部分分離、切割、最後再組合。在微棱鏡的角落部分是不反光的，而在棱鏡的中心角（頂角）位置附近是反光的，把頂角附近反光部分切割再重新組合以後的全棱鏡，可以在理論上達到100%反光。圖32是全棱鏡從微棱鏡轉變的過程。
在顯微鏡下對比傳統微棱鏡和全棱鏡的可以看出，微棱鏡的邊角部分和頂角部分有明顯的亮度區別，也就是說，頂角部分反光而邊角部分不反光。而全棱鏡的頂角和邊角部分沒有亮度區別，全部都是反光的。在反光單元的底部的三個角的連接部分的不反光部分已經消失了。
這種全棱鏡反光材料的問世，對道路交通標誌的視認，有著非常大的意義。受到人的肉眼視力和道路條件的限制，道路交通標誌的有效識讀距離是有限的，壹般在50到250米之內是比較現實的壹個視認距離，因此，提高標誌表面材料的逆反射光控制能力，使光在關鍵距離裏分布到需要的方向上，以應對在各種角度條件下的主動光源的照射和駕駛員的觀察，就能最大限度地提升光使用效率，改進標誌亮度，從而優化標誌視認，改善視距。 逆反射材料亮度的概念
由於逆反射技術，是把光源照射的光線，通過被照射物體表面的材料，再返回到光源處，其反射效能不僅與反射材料的表面結構有關，還與逆反射材料的亮度有關。因此，在了解逆反射技術的基本原理後，有必要建立關於逆反射亮度的概念。事實上，逆反射材料的亮度，是壹個俗稱，更多地是人們在描述對光的感受。
不同顏色的不同物體的反光能力是不同的。特別是采用不同技術制成的反光材料，對反射“亮度”具有顯著的影響。人們為了用更科學的方法來表現這種差異，總結出了光度性能的逆反射系數。表2列出了不同逆反射體的逆反射系數。
表2 各類物品的逆反射系數比較 逆反射體種類 皮膚膚 白色織物 白色工程級 白色高強級 白色超強級 白色鉆石級 逆反射系數(Cd/Lx/m2) 0.1 0.2 70 250 500 800 從上面簡單的數據列表裏，能夠發現，人體在身著白衣服的情況下，其反光亮度，只有白色鉆石級反光材料的1/4000，也就是說,其被從光源附近的觀察者辨識的機會,比白色反光材料所能提供的辨識幾率,相去幾百到幾千倍,這也就是為什麽，逆反射技術能夠使人們更安全，因為它可以大幅度地提高機動車駕駛的安全視距。
從上面的簡單數據舉例中，很難全面理解逆反射材料的亮度，特別是對逆反射技術的亮度的理解，還是有很大的技術距離的。鑒於逆反射技術的亮度，主要是為了提高交通標誌的視認性，因此，在技術評價上，相對逆反射材料的亮度概念，事實上是壹個宏觀概念，包含了兩個很重要的微觀技術指標：光度和色度。
逆反射的光度
根據交通行業標準JT/T690－2007《逆反射體光度性能測試方法》的規定，逆反射的光度性能可以用比率法、替代法、直接發光強度法和直接亮度法等四種方法來測量。因為在本書中著重討論和交通安全相關的逆反射技術，所以只使用逆反射體的光度測試方法中的逆反射系數，英文是Coefficient of Retro-reflection, 單位是cd/lx/m?，Candelas per square meter per lux ，也簡稱為CPL。在JT/T 688-2007《逆反射術語》中，對逆反射系數的定義是“發光強度系數與逆反射體的表面積之比。”用數學公式表現為：
式中：RA是逆反射系數，單位為每堪德拉每勒克斯每平方米（cd/lx/m?）；
A是試樣表面面積，單位是平方米（m?）；
I是發光強度系數，單位為坎德拉每勒克斯（cd/lx）；
I是發光強度，單位為坎德拉（cd）；
E┴是光照度，單位為勒克斯（lx）。
逆反射系數是用來描述光線照射到物體表面以後再反射回光源的量。這個系數簡單來說就是反射光線對應照射光線的比率。該系數在不同的入射角（例如－4°，+30°，+50°）和不同的觀測角（例如0.2°，0.5°）時分別對應車輛在相對標誌牌的不同關鍵位置時逆反射性能，這些性能對應了駕駛員在不同位置和時間對標誌牌的識認要求。圖33是關於逆反射系數的基本光學單位介紹。
發光強度（Luminous intensity, Candlepower），是指從光源壹個立體角（單位為sr）所放射出來的光通量，也就是光源或照明燈具所發出的光通量在空間選定方向上分布密度，單位為燭光（Candle or Candela, cd，堪德拉）。發光強度為1堪德拉的光源可放射出12.57lm（流明）的光通量。可以簡單地把1堪德拉理解成壹個蠟燭產生的光的強度。
照度的單位是勒克司（lux，Lm/m?，勒克斯），在距離壹個發光強度為l堪德拉的光源1米處接受的照明強度，習慣稱為燭光.米。亦即距離該光源1米處，1平方米面積接受1流明光通量時的照度。
亮度（luminance, Brightness）也稱為輝度。當人眼目視某物所看到的物體，可以用兩種方式表達其亮度：壹種用於較高發光值者如光源或燈具，直接以其發光強度來表示；另壹種則用於本身不發光只反射光線者如交通標誌牌，以亮度表示。亮度即被照物每單位面積在某壹方向上所發出或反射的發光強度，用以顯示被照物的明暗差異，公制單位為堪德拉/平方米（Candela/m?,cd/m?）或尼特（nit）。
逆反射系數就是反光膜接受光線以後的反射亮度，單位是每堪德拉每勒克斯每平方米（cd/lx/m?），或者簡稱CPL。
壹般意義上講，逆反射系數越高，說明逆反射材料的逆反射性能越好，由此制作的安全設施越能在更遠的地方越早被駕駛員看見。但如果從工程技術人員的角度評判逆反射材料的“亮度”，實際上是壹定要帶上距離和角度值的。因為所有的逆反射材料，在不同的距離、入射角和觀測角下，都有不同的逆反射系數。概括起來講，影響逆反射系數的最關鍵因素是兩個角度：車燈、設施和駕駛員的視線形成的觀測角；車燈和設施形成的入射角。單純地評價逆反射材料的亮與不亮，更多地是人們的壹種感受和印象，很難作為科學概念進行理解。不過，伴隨著國際交通界對視認問題研究的深入，近來也逐漸形成了壹個***識，就是在壹定條件下，逆反射性能較好的材料，即指可以兼顧遠距離發現需求和近距離視認需求的反光材料。
（三）逆反射的色度
道路交通安全設施中所使用的材料涉及普通材料、逆反射材料、熒光材料等，顏色主要包括表面色（晝間色）和逆反射色（夜間色）。
表面色為各種材料、設施在白天使用時的顏色，即晝間色。目前國家標準中規定的安全色和視覺信號表面色均屬於表面色。
逆反射色為具備逆反射特性的材料或設施在夜間使用時所顯現的顏色，即夜間色。近幾年隨著逆反射技術及其應用的發展，人們逐漸意識到夜間使用的逆反射色的重要性，開始對其進行研究和規範。
測量表面色時，采用D65光源作為照明光源。D65光源的亮度近似於白天中午左右的太陽光，照明觀測條件是45/0，觀測到的是晝間色；測量逆反射色時，采用標準A光源作為照明光源。標準A光源亮度近似於汽車前照燈，照明觀測條件是入射角0°、觀測角0.2°，觀測到的是夜間色。
D65和A光源分別代表了色溫等於6504K的日光和輻射體在2856K發出的光，簡單說就是白天中午時的陽光和夜間條件下車燈照射的光線。
為什麽要同時規定兩種狀況下的顏色標準呢？因為我們人眼看到的顏色實際上是物體顏色和環境光線在人眼中綜合的反映，同樣物體在不同光線條件下的顏色是不壹樣的。而交通安全設施要傳遞的信息是固定的，不能因為顏色的差異而引起白天和夜晚的視認性能變化過大。例如高速公路上的警告標誌，在白天時的視認環境良好可以及時預告而引導交通流安全通行，但在晚上可能因為顏色的差異使得視認性能大大下降而引發交通事故，所以交通標誌上的顏色變化要有嚴格的規定。圖34是GB18833-2012的兩種反光膜顏色坐標。 在交通標誌上使用反光膜，在夜晚，反光膜對光線的定向反射會影響反光膜在人眼裏反映的顏色。如圖35所示，禁止摩托車通行的標誌牌和稍遠處的公益標誌牌在白天的顏色並沒有很大差異。在夜晚，標誌牌的顏色仍然是保持和白天基本壹致的顏色，而公益標誌牌的顏色已經變得很灰暗了。