專利名稱：改進(jìn)鉆石級(jí)反光膜反射光錐的結(jié)構(gòu)及其加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種反光材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種改進(jìn)鉆石級(jí)反光膜反射光錐的結(jié)構(gòu)及其加工方法。
背景技術(shù)：
回歸反光材料具有使入射光按原路返回的特性，這種特性不同于鏡面反射和漫反射?；貧w反光材料的這種特性使得它廣泛運(yùn)用于各種交通警示和個(gè)人安全等方面。例如車輛上的警告標(biāo)志或道路上的危險(xiǎn)警告標(biāo)志、交通控制標(biāo)志和導(dǎo)航標(biāo)志、廣告牌等等。目前的反光材料有兩種類型具有微球陣列結(jié)構(gòu)的反光材料和具有微棱鏡陣列結(jié) 構(gòu)的反光材料。微球陣列結(jié)構(gòu)的反光材料又被稱作“微珠”陣列結(jié)構(gòu)的反光材料，它的反光層是由很多小微珠構(gòu)成的，這些微珠均勻緊密的排列在粘合層上，微球的一部分嵌入在粘合層內(nèi)。微珠型反光材料具有寬的入射角和觀察角，但是其回光反射率較低，背面鍍金屬材料膜的過程相對(duì)復(fù)雜。中國(guó)專利CN2383080Y等介紹了微珠型反光材料的結(jié)構(gòu)。微棱鏡陣列結(jié)構(gòu)的反光材料一般由一層薄的透明層(主體層)和表面帶有立方體微棱鏡的反光層構(gòu)成。這些標(biāo)準(zhǔn)的立方體微棱鏡由三個(gè)面構(gòu)成，這三個(gè)面兩兩互相垂直。根據(jù)立方體微棱鏡的結(jié)構(gòu)不同可分為截角微棱鏡和完整微棱鏡。標(biāo)準(zhǔn)截角微棱鏡的三個(gè)面是等腰直角三角形，而完整微棱鏡的三個(gè)面是正方形。微棱鏡反光材料由于其較好的反光性能而被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。在中國(guó)專利CN101738661A、CN1208375A描述了微棱鏡反光材料的結(jié)構(gòu)和制作方法?！阍u(píng)價(jià)回歸反光材料特性的好壞有四個(gè)指標(biāo)各向異性(Orientation)、入射光的廣角性(Entrance angularity)、反射光錐的均勻性和結(jié)構(gòu)的可加工性。通過旋轉(zhuǎn)反光元素可以改善各向異性，通過偏轉(zhuǎn)反光元素可以改善它的廣角性，通過衍射方式或偏轉(zhuǎn)反光元素的側(cè)面可以改善反射光錐的均勻性，通過合理的設(shè)計(jì)來減少加工難度和時(shí)間，從而改善結(jié)構(gòu)的可加工性。制造微棱鏡反光材料的第一道工序是制造表面帶有微幾何結(jié)構(gòu)的母模(陽模)，母模的表面結(jié)構(gòu)就是最終產(chǎn)品反光元素的幾何結(jié)構(gòu)。然后利用這個(gè)母模通過合適的技術(shù)(例如鎳電鑄技術(shù))來制作用于生產(chǎn)的模壓工具(也就是模具的陰膜)，再利用陰膜來壓制產(chǎn)品。制造母模的方法有三種針束捆綁技術(shù)、基片組合技術(shù)和整體加工技術(shù)。針束捆綁技術(shù)就是由很多末端帶有微棱鏡的幾何結(jié)構(gòu)捆綁在一起形成母模。美國(guó)專利 U. S. Pat. NO. 1591572 (Stimson)和 U. S. Pat. NO. 3926402 (Heenan)介紹了相關(guān)結(jié)構(gòu)和制造方式。針束捆綁技術(shù)可以在一個(gè)母模中制造很多不同的反光元素，因?yàn)槟改Ｖ械拿恳粋€(gè)反光元素都是單獨(dú)制造的。然而這樣的技術(shù)用于制造微小的反光元素是不現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)樾枰圃斓姆垂庠赜泻芏喽页叽绶浅５男??；M合技術(shù)由很多窄的基片組合在一起構(gòu)成母模，這些窄的基片上排列著微幾何結(jié)構(gòu)?；M合技術(shù)相對(duì)于針束捆綁技術(shù)節(jié)省了很多勞動(dòng)力，因?yàn)榛M合技術(shù)中很少一部分是單獨(dú)制造。例如一條窄的基片上一般有400—1000個(gè)獨(dú)立元素，而一個(gè)針束上只有一個(gè)單獨(dú)的元素。與針束捆綁技術(shù)相比，基片組合技術(shù)有比較差的設(shè)計(jì)靈活度。U. S. Pat. NO. 6015214 (Heenan et al.) ；U. S. Pat. NO. 5981032 (Smith) ；U. S. Pat.NO. 6057860 (Luttrell)介紹了基片組合技術(shù)的相關(guān)實(shí)例。整體加工技術(shù)就是通過一系列V形刀在一個(gè)平的工作面上切割，形成帶有截角微棱鏡結(jié)構(gòu)的母模。這一排排反光元素是由三種類型的V形刀切割而成，這三種V形刀互成60度。這些反光元素的底面都是相同的等邊三角形(參見U. S. Pat. NO. 3712706 (Stamm)) o但是這三種V形刀之間的角 度也可以不是60度，形成的反光元素是傾斜的(參見U. S. Pat.NO. 4588258 (Hoopman))。在整體加工技術(shù)中，同一排元素的側(cè)面是由同一把V形刀切割形成的。由于這個(gè)原因，整體加工技術(shù)可以精確的制造出尺寸非常小的反光元素，但是減少了元素結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)靈活度，影響了反光材料的整體反光特性。在實(shí)際的運(yùn)用中，標(biāo)準(zhǔn)的角棱錐反光材料是不可行的。例如，光從汽車的車燈射向由反光材料制作的標(biāo)志牌，然后光被反光材料按原路反射回車燈，由于人的眼睛和車燈不在同一個(gè)位置，因此人看不到標(biāo)志。只有反射回來的光進(jìn)入人的眼睛，標(biāo)志才能被看到。因此，反射回來的光需要是一束發(fā)散的光，就像此前提到的反射光錐。在傳統(tǒng)的反光材料中，形成光錐的方法有(1)、使反射元素的面不平整(類似于漫反射)；(2)、通過光的衍射效應(yīng)。參考U. S. Pat. No. 3712706 (Stamm) ; (3)、改變反光元素的幾何結(jié)構(gòu)，使得反光元素的三個(gè)二面角偏離正交關(guān)系。H. D. Eckhardt在1971年7月發(fā)表關(guān)于光學(xué)的論文“立方體反光器現(xiàn)象的簡(jiǎn)單模型”和N. E. Rityn發(fā)表的論文“立方體微棱鏡的光學(xué)原理”揭露了立方體角棱鏡散射入射光形成發(fā)散光的原理。如文章描述的，旋轉(zhuǎn)反光元素的面，使它的面不是互相垂直或正交的。這樣就導(dǎo)致被反光兀素反射回來的光分散到不同方向(沿著入射光的反方向?yàn)橹行姆植?。從而得到發(fā)散的光。很多設(shè)計(jì)努力改變反光材料的結(jié)構(gòu)來提高反光材料的性能，但是仍然有很多缺陷限制了它的使用。企業(yè)希望找到更先進(jìn)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和制造方法來制造反光材料，讓這種反光材料具有很好的反光性能和制造效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有反光性能的改進(jìn)鉆石級(jí)反光膜反射光錐的結(jié)構(gòu)及其加工方法?？紤]到現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，根據(jù)本發(fā)明公開的一個(gè)方面，本發(fā)明采用以下技術(shù)
方案本發(fā)明提出一種新的微棱鏡反光材料結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是由V形刀按特定的方式切割形成的。簡(jiǎn)而言之，這種反光結(jié)構(gòu)由一系列反光元素(單個(gè)反光單元)組成，反光元素的三個(gè)側(cè)面是通過三條交錯(cuò)的V形刀切割而成的，這三條交錯(cuò)的V形刀互成60度，V形刀切割過后在工作面上形成V形溝槽。為了讓反光材料反射回來的光形成光錐效果，得到一個(gè)理想的光錐樣式(例如前面提到的所有元素的六點(diǎn)樣式的疊加)或發(fā)散的輪廓，讓同一類溝槽以一定數(shù)量的溝槽重復(fù)，一個(gè)重復(fù)周期內(nèi)每一個(gè)溝槽角不同于臨近的溝槽角，且溝槽角的大小成等差增大或減小。在一個(gè)重復(fù)單元內(nèi)不同溝槽角的數(shù)量用Q表示，Q—般不大于20。其余兩類也以相同的數(shù)量和相同的溝槽角重復(fù)。不同溝槽角重復(fù)的結(jié)果是，反光材料上的元素被劃分為多個(gè)重復(fù)大單元，每個(gè)大單元里包含了很多形狀不同的反光元素。其中至少有一個(gè)反光元素是非標(biāo)準(zhǔn)的，這個(gè)非標(biāo)準(zhǔn)的反光元素至少有一個(gè)面偏離了標(biāo)準(zhǔn)反光元素的對(duì)應(yīng)面。即使這些反光元素的二面角不都是正交的，但仍然被看作是微棱鏡反光元素，因?yàn)樗谛螤詈凸δ苌项愃朴诶硐氲牡奈⒗忡R反光元素。不同形狀的反光元素反射入射光得到的六點(diǎn)樣式的形狀是不同的。本發(fā)明制造的反光材料反射得到的光錐樣式是由所有不同反光元素反射得到的六點(diǎn)樣式的疊加。在本發(fā)明中反光元素的六點(diǎn)樣式形狀是可以被選擇的(通過改變反光元素二面角的大小)，從而得到理想的光錐樣式或散射輪廓。但這種選擇是受限制的，因?yàn)橐粭lV形槽切割出多個(gè)反光元素的面，V形槽切割出兩列反光元素的面(兩列反光元素分別在V形槽的兩邊)。如果改變V形槽角度的大小，將改變這兩排與V形槽相鄰的所有反光元素。盡管設(shè)計(jì)上有這樣的限制，仍然可以通過這樣的方式設(shè)計(jì)出很好的結(jié)構(gòu)。接下來將詳細(xì)敘述本發(fā)明的反光材料結(jié)構(gòu)，通過特定的方式切割來獲得理想的光錐。一種改進(jìn)鉆石級(jí)反光膜反射光錐的結(jié)構(gòu)，所述改進(jìn)鉆石級(jí)反光膜反射光錐的結(jié)構(gòu)由系列排列的棱鏡反光元素組成。為了更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，進(jìn)一步的技術(shù)方案是作為優(yōu)選，所述改進(jìn)鉆石級(jí)反光膜反射光錐結(jié)構(gòu)上通過三種類型的V形槽刻畫而行成系列排列的棱鏡反光元素。作為優(yōu)選，所述三種類型的V形槽，所述同一類型的V形槽平行設(shè)置。作為優(yōu)選，所述同一類型平行設(shè)置的V形槽之間的距離相等，其范圍是25微米至1000微米。 作為優(yōu)選，所述同一類型的V形槽以一定數(shù)量重復(fù)，同一類V形槽的一個(gè)重復(fù)周期至少有兩個(gè)不同的槽角。作為優(yōu)選，所述同一類V形槽在一個(gè)重復(fù)周期內(nèi)的具有不同槽角的V形槽個(gè)數(shù)不大于20。作為優(yōu)選，所述同一類V形槽的一個(gè)重復(fù)周期內(nèi)槽角的大小成等差增大或減小。作為優(yōu)選，所述槽角的大小變化范圍是±1度。作為優(yōu)選，所述三種類型的V形槽之間互成60度夾角。作為上述產(chǎn)品的一種加工方法，本發(fā)明還可以是一種改進(jìn)鉆石級(jí)反光膜反射光錐的結(jié)構(gòu)的加工方法，所述棱鏡式的反光元素通過三種類型的V形金剛石刀交錯(cuò)切割形成棱鏡式的反光元素。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果之一是與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的改進(jìn)鉆石級(jí)反光膜反射光錐的結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于優(yōu)化鉆石級(jí)反光膜反射光錐結(jié)構(gòu)，從而使鉆石級(jí)反光膜反射光錐結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)(I)用本發(fā)明制造的反光材料(如交通標(biāo)志等)，反射入射光得到的光錐樣式可以控制，以至于很大一部分光將被需要看到的人看到。例如，我們可以控制光錐光的強(qiáng)度分布以及光錐角的大小。(2)本發(fā)明制造的反光材料具有較好的各向異性，因?yàn)樵诜垂獠牧系慕Y(jié)構(gòu)中有正單元和負(fù)單元，負(fù)單元相對(duì)與正單元旋轉(zhuǎn)了 60度，兩種相疊加減小了各向異性的不均勻，從而改善了各向異性。(3)本發(fā)明制造的反光材料是通過整體加工方式制造母模，V形刀在切割工作面時(shí)是沿直線運(yùn)動(dòng)，因此可以精確的切割出反光元素。另外相對(duì)于針束捆綁技術(shù)和基片組合技術(shù)，整體加工技術(shù)可以大大減少勞動(dòng)力，降低成本。這些特點(diǎn)使得本發(fā)明的反光材料具有很好的實(shí)用性。


圖I :截角微棱鏡反光材料的層結(jié)構(gòu)圖；圖2 :部分標(biāo)準(zhǔn)截角微棱鏡反光材料反光層的背面圖；圖3 :圖2中一個(gè)反光單元的放大圖；
圖4 :圖2中B— B的剖面圖；圖5 :截角微棱鏡反光材料的各向異性不意圖；圖6:截角微棱鏡反光材料各向異性仿真結(jié)果圖；圖I :截角微棱鏡反光材料的廣角性示意圖；圖8:截角微棱鏡反光材料廣角性仿真結(jié)果圖；圖9 :截角微棱鏡反光材料的光錐形成不意圖；圖IOa :單個(gè)反光元素沒有改變二面角時(shí)得到的光錐樣式圖；圖IOb :單個(gè)反光元素改變一個(gè)二面角時(shí)得到的光錐樣式圖；圖IOc :單個(gè)反光元素改變兩個(gè)二面角時(shí)得到的光錐樣式圖；圖IOd :單個(gè)反光元素改變?nèi)齻€(gè)二面角時(shí)得到的光錐樣式圖；圖11 :描述反光元素的二面角與V形槽之間關(guān)系的示意圖；圖12 :本發(fā)明具有代表性的截角微棱鏡反光材料反光層的背面圖；圖13 :圖12中C一C的剖面圖；圖14 :本發(fā)明溝槽角的不同個(gè)數(shù)Q為4時(shí)的反光元素詳細(xì)圖；圖15a_15c :本發(fā)明溝槽角的不同個(gè)數(shù)Q為4時(shí)，入射角小為60度，0分別為0度、15度、30度時(shí)形成的光錐樣式圖；圖16a_16c :本發(fā)明溝槽角的不同個(gè)數(shù)Q為4時(shí)，入射角0為20度，小分別為0度、30度、60度時(shí)形成的光錐樣式圖；圖17 :本發(fā)明溝槽角的不同個(gè)數(shù)Q為3時(shí)的反光元素詳細(xì)圖；圖18a — 18c :本發(fā)明溝槽角的不同個(gè)數(shù)Q為3時(shí)，入射角小為60度，0分別為0度、15度、30度時(shí)形成的光錐樣式圖；圖19a — 19c :本發(fā)明溝槽角的不同個(gè)數(shù)Q為3時(shí)，入射角0為20度，小分別為0度、30度、60度時(shí)形成的光錐樣式圖。圖20a — 20c :本發(fā)明溝槽角的不同個(gè)數(shù)Q為4時(shí)，入射角小為60度，0分別為0度、15度、30度時(shí)形成的光錐樣式圖；圖21a — 21c :本發(fā)明溝槽角的不同個(gè)數(shù)Q為4時(shí)，入射角0為20度，小分別為0度、30度、60度時(shí)形成的光錐樣式圖。圖22a — 22c :本發(fā)明溝槽角的不同個(gè)數(shù)Q為3時(shí)，入射角小為60度，0分別為0度、15度、30度時(shí)形成的光錐樣式圖23a — 23c :本發(fā)明溝槽角的不同個(gè)數(shù)Q為3時(shí)，入射角0為20度，小分別為0度、30度、60度時(shí)形成的光錐樣式圖。圖中反光材料100、保護(hù)層110、主體層120、反光層130、密封層140、粘接層150、剝離紙層160 ；前表面111、反光元素112、氣囊113、支座114 ；反射材料10、溝槽11、溝槽12、溝槽13、溝槽角軸線18、面21、面22、面23、線24、線25、線26、反光元素27 ；溝槽類型M、溝槽類型N、溝槽類型O、溝槽ml、溝槽m2、溝槽m3、溝槽m4、溝槽nl、溝槽n2、溝槽n3、溝槽n4、溝槽01、溝槽02、溝槽03、溝槽04、溝槽角數(shù)量Q、溝槽角的差值3、入射光的方向(9，小)
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。在本發(fā)明中提到的“反光元素”是指反光材料的反光層表面的立方體結(jié)構(gòu)，如圖2的(27)是單個(gè)反光單元；提到的“微棱鏡反光材料”是指其反光層具有立方體的微棱鏡結(jié)構(gòu)的反光兀素，根據(jù)反光兀素的結(jié)構(gòu)不同可以分為截角微棱鏡反光兀素和完整微棱鏡反光元素。標(biāo)準(zhǔn)的截角微棱鏡反光元素的特點(diǎn)就是組成元素的三個(gè)面是等腰直角三角形且兩兩互相垂直，而組成標(biāo)準(zhǔn)的完整微棱鏡元素的三個(gè)面是正方形且兩兩互相垂直。在本發(fā)明中涉及的是截角微棱鏡。這樣的反光材料有時(shí)也被稱作“反光板”或“反光膜”;提到的“反射光錐”是指入射光被反射材料反射回來，以入射光的反方向發(fā)散形成錐形的光，這種錐形的光稱作反射光錐；提到的“V形刀”是指制作母模時(shí)采用的類似于V形結(jié)構(gòu)的金剛石刀具。為了得到一個(gè)理想的光錐效果，本發(fā)明在截角微棱鏡反光材料的基礎(chǔ)上提出了一種新型的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)不僅可以產(chǎn)生理想的光錐效果，還具有良好的可加工性，大大的降低制造成本，提高工作效率。如圖I所示，本發(fā)明制造的反光材料100包含保護(hù)層110、主體層120、反光層130、密封層140、粘接層150、剝離紙層160。保護(hù)層是用來保護(hù)反光材料避免受到外界環(huán)境的破壞(例如外應(yīng)力的刮痕、油潰和水聚集在表面影響反光材料的回光反射率，阻擋紫外線，緩解反光材料的老化等等。)；主體層和反光層一般是一起通過模壓的方法制造的，其材料相同都是透明的，反光層的下表面帶有很多微棱鏡的反光元素112，這些反光元素具有把入射光返回的功能；密封層又稱“支撐層”，它的作用是與反光層相連接并在中間產(chǎn)生密封的氣囊113，在支座114處與反光層連接，連接的方法有超聲波焊接，熱焊接等；粘接層是由具有粘性物質(zhì)構(gòu)成的，例如壓敏膠、熱熔膠等?？梢灾苯诱吃谛枰迟N的地方；剝離紙層的作用是保護(hù)粘接層，在使用前先將剝離紙層揭開。如圖所示入射光從前表面111進(jìn)入，經(jīng)過保護(hù)層和主體層，然后進(jìn)入反光層，經(jīng)過反光元素112的三個(gè)反射面作用，然后按原方向返回。圖2描述的是標(biāo)準(zhǔn)截角微棱鏡反光材料反光層的背面圖，在反射材料10的背面有很多緊密排列的微棱鏡反光元素。如圖2所示，這些反光元素是由三種類型的V形刀切割而成的，三種V形刀切割過后形成三種類型的V形槽。這三種V形槽分別用M、N、0代表，同一方向的V形槽屬于同一類型(例如溝槽11都在同一方向，同屬于O類的V形槽，同樣溝槽12屬于M類的V形槽，溝槽13屬于N類的V形槽)。如圖所示，M類的V形槽與Y軸平行，N類的V形槽與X軸之間的夾角成30度，O類的V形槽與X軸之間夾角成150度，三種V形槽之間互成成60度角。這三種類型的的V形槽都是等間距的(例如，溝槽11之間的距離、溝槽12之間的距離和溝槽13之間的距離都為d。反光元素的尺寸是由V形槽之間的距離和V形槽角度決定的，反光元素與基底相交的H —般為25微米至1000微米。所述同一類V形槽的一個(gè)重復(fù)周期內(nèi)槽角的大小成等差增大或減小。所述槽角的大小變化范圍是±1度。如圖3所示，標(biāo)準(zhǔn)截角微棱鏡反光材料的反光元素27由三個(gè)面組成，這三個(gè)面兩兩互相垂直，其兩個(gè)面相交與一線，故有三條線，反光元素的底面是一個(gè)等邊三角形。如圖2，反光元素27由面21、22、23構(gòu)成，這些面都是由V形刀切割而成。例如，面21是由M類的V形刀切割而成，面22是由N類V形刀切割而成，面23是由0類V形刀切割而成。正如之前提到的，V形刀切割過后形成V形槽，兩條不同類型的V形槽相交于一條線，并形成一個(gè)二面角，這個(gè)二面角的大小由V形槽的角度決定的。例如，M類型的溝槽12與N類型的溝槽13相交于反光元素的線24，并形成了一個(gè)二面角。這個(gè)二面角的大小是由這兩個(gè)溝槽角的大小決定的；M類型的溝槽12與0類型的溝槽11相交于反光元素的一條線(26)，并形成一個(gè)二面角，這個(gè)二面角的大小由這兩個(gè)溝槽角的大小決定的；0類型的溝槽11與N類型的溝槽13相交于反光元素的一條線25，并形成一個(gè)二面角，這個(gè)二面角的大小是這兩個(gè)溝槽角的大小決定的。在標(biāo)準(zhǔn)截角微棱鏡反光材料的反光元素中，這些二面角的大小為90度，我們稱這樣的反光元素為標(biāo)準(zhǔn)反光元素。如圖4，是圖2B — B的截面圖，描述的是標(biāo)準(zhǔn)截角微棱鏡反光材料的V形槽結(jié)構(gòu)，ml、m2、m3、m4分別是四條溝槽，都屬于M類型的溝槽，與圖2中M類溝槽對(duì)應(yīng)。他們的溝槽角都相等，其大小為70度32分。在這里將70度32分定義為V形槽的標(biāo)準(zhǔn)角，因?yàn)檫@個(gè)角度的溝槽可以使反光元素的二面角為90度(換句話說就是V形槽是70度32分，可以得到標(biāo)準(zhǔn)的反光元素)。18是溝槽角的軸線，它平分溝槽角并垂直于底面。眾所周知，評(píng)價(jià)反光材料結(jié)構(gòu)的好壞有四個(gè)指標(biāo)入射光的各向異性(Orientation)、入射光的廣角性(Entrance angularity)、反射光錐的均勻性和結(jié)構(gòu)的可加工性。如圖5所示，描述的是反光材料入射光的各向異性示意圖，入射光的方向由(0 f)表示。所謂的各向異性就是在角e不變的情況下，入射光以z軸為軸旋轉(zhuǎn)360度，也就是f角由0度變?yōu)?60度的過程。此時(shí)每一個(gè)f對(duì)應(yīng)一個(gè)回光反射率，由于反光材料特殊的結(jié)構(gòu)，每一個(gè)V對(duì)應(yīng)的回光反射率都不相同，然后把所有的回光反射率標(biāo)在一個(gè)坐標(biāo)系上。如圖6是截角微棱鏡反光材料各向異性仿真結(jié)果圖，其入射光的0角分別為10度、20度、30度，圖中圓的半徑大小代表回光反射率的大小，圓周圍的數(shù)值代表f角的大小。從圖中可以看到在f在30度、90度、150度、210度、270度、330度時(shí)的回光反射率要小于其他角，尤其是在入射角的9增大時(shí)，表現(xiàn)的越明顯。最理想的各向異性仿真結(jié)果圖是所有的回光反射率都相等或接近。
如圖7所示，描述的是截角微棱鏡反光材料的廣角性示意圖，所謂的廣角性就是入射光在f角不變的情況下，e角變化，變化范圍為O度到90度。同樣，一個(gè)0角對(duì)應(yīng)一個(gè)回光反射率，然后把所有的回光反射率標(biāo)在一個(gè)坐標(biāo)上。如圖8，是截角微棱鏡反光材料廣角性仿真結(jié)果圖，其入射光的f角為30度。橫坐標(biāo)代表e角的大小，縱坐標(biāo)代表回光反射率的大小。從圖中可以看到，隨著e角度的增大，回光反射率減小。理想的結(jié)果是所有的回光反射率都相等或接近(減小的越平緩越好)。根據(jù)背景知識(shí)可以知道形成光錐的方法有三種(1)、使反射元素的面不平整(類似于漫反射)(2)、通過光的衍射效應(yīng)。(3)、改變反光元素的幾何結(jié)構(gòu)，使得反光元素的三個(gè)二面角偏離正交關(guān)系。在本發(fā)明中，就是通過改變二面角的大小來獲得理想光錐效果的。如圖9所示，描述的是截角微棱鏡反光材料的光錐形成示意圖。入射光沿一定的方向射入反光材料，經(jīng)過反光材料作用后，光沿著入射光軸線(入射光入射方向的線為入射光軸線)以發(fā)散光的形式反射回來，像這樣發(fā)散的光稱為反射光錐，一般光錐的角度小于I度。這種光錐在實(shí)際的運(yùn)用當(dāng)中是很必要的。當(dāng)光從車燈射向由反光材料制作的標(biāo)志牌，然后返回
車燈。司機(jī)的眼睛和車燈不在同一個(gè)位置，因此看不到標(biāo)志牌，而有了這種特殊的光錐效果之后，司機(jī)就能夠看到標(biāo)志牌。在實(shí)際應(yīng)用中，我們不會(huì)采用標(biāo)準(zhǔn)的具有微棱鏡陣列結(jié)構(gòu)的逆反射膜材料。因?yàn)楫?dāng)一束準(zhǔn)直的光入射到標(biāo)準(zhǔn)的具有微棱鏡陣列結(jié)構(gòu)的逆反射膜材料的表面后，反射回來的光將沿著入射光的方向返回，并不會(huì)形成一個(gè)I度左右的反射光錐，因此標(biāo)準(zhǔn)的具有微棱鏡陣列結(jié)構(gòu)的逆反射膜并沒有實(shí)用價(jià)值，但是它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和反光特性是我們研究的基礎(chǔ)。從H. D. Eckhardt在1971年7月發(fā)表關(guān)于光學(xué)“立方體反光器現(xiàn)象的簡(jiǎn)單模型”的論文和N. E. Rityn發(fā)表“立方體微棱鏡的光學(xué)原理”的論文中我們知道旋轉(zhuǎn)反光元素的面，使它的面不是互相垂直或正交的。這樣可以使被反光元素反射回來的光分散成了六個(gè)不同方向的光點(diǎn)(沿著入射光的反方向?yàn)橹行姆植?。如圖9，我們?cè)谌肷涔廨S上建立一個(gè)局部坐標(biāo)，Z軸與入射光軸重合，X軸與世界坐標(biāo)的X軸平行，Y軸與X軸垂直。然后將返回來的光點(diǎn)標(biāo)記在坐標(biāo)內(nèi)，這樣就形成了光錐的仿真結(jié)果圖。如圖IOa-IOd所示，描述的是二面角改變后的單個(gè)反光元素反射入射光后得到的光錐的仿真結(jié)果圖。圖中圓周圍的數(shù)字來描述光的位置，圓的半徑表示光錐的角錐大小，一般光錐的角度小于I度。四個(gè)圖的入射光角度都是相同的，9為15度，f為20度。圖IOa表示的是反光元素的二面角沒有改變，經(jīng)過反射后的光按原路返回，沒有偏離入射光軸線；圖IOb表示的是反光元素的一個(gè)二面角增大了 9分(相對(duì)與標(biāo)準(zhǔn)反光元素的二面角90度)，反射光偏離入射光軸線形成了兩個(gè)光點(diǎn)；圖IOc表示的是兩個(gè)二面角都增加9分，反射光偏離入射光軸線形成了四個(gè)光點(diǎn)；圖IOd表示的是三個(gè)二面角都增加9分,反射光偏離入射光軸線形成了六個(gè)光點(diǎn)。反光兀素反射入射光后形成六個(gè)點(diǎn)的樣式被稱作六點(diǎn)樣式。光錐樣式就是由很多不同六點(diǎn)樣式疊加而成的。我們知道，二面角的大小是由V形槽的角度決定的，換句話說，改變二面角的大小可以通過改變V形槽的角度實(shí)現(xiàn)。隨著V形槽角度的變化，對(duì)應(yīng)的二面角也會(huì)發(fā)生變化。如圖11是圖2單個(gè)反光元素(27)的放大效果圖。這個(gè)反光元素有三個(gè)二面角，分別是二面角D1-2、二面角D2-3、二面角D1-3。因?yàn)槊?1、22、23分別是由溝槽11、12、13構(gòu)成的，因此溝槽11、12、13決定著二面角Dl-2、D2-3、D1-3。由圖11可知，二面角D1-2由溝槽12、13構(gòu)成，二面角D2-3由溝槽11、13構(gòu)成，二面角D1-3由溝槽11、12構(gòu)成，其中每?jī)蓚€(gè)溝槽決定一個(gè)二面角。
為了讓反光材料反射回來的光形成光錐，得到一個(gè)理想的光錐樣式(例如前面提到的所有元素的六點(diǎn)樣式的疊加)或發(fā)散的輪廓，讓一類溝槽以一定數(shù)量的溝槽重復(fù)，一個(gè)重復(fù)周期內(nèi)每一個(gè)溝槽角不同于臨近的溝槽角，且溝槽角的大小成等差增大或減小。在一個(gè)重復(fù)單元內(nèi)不同溝槽角的數(shù)量用Q表示，Q—般不大于20。其余兩類也以相同的數(shù)量和相同的溝槽角重復(fù)。不同溝槽角這樣重復(fù)的結(jié)果是，反光材料上的元素被劃分為多個(gè)重復(fù)大單元，每個(gè)大單元里包含了很多形狀不同的反光元素。其中至少有一個(gè)反光元素是非標(biāo)準(zhǔn)的，這個(gè)非標(biāo)準(zhǔn)的反光元素至少有一個(gè)面偏離了標(biāo)準(zhǔn)反光元素的對(duì)應(yīng)面；即使這些反光元素的二面角不都是正交的，但仍然被看作是微棱鏡反光元素，因?yàn)樗谛螤詈凸δ苌项愃朴诶硐氲奈⒗忡R反光元素。圖12是本發(fā)明具有代表性的截角微棱鏡反光材料反光層的背面圖，圖中有三種類型的溝槽，分別為M、N、O。ml、m2、m3、m4屬于M類的溝槽，且溝槽角的大小都不一樣,溝槽角的大小成等差增大或減小，他們之間的差值用P表示角可以為正也可以為負(fù)，當(dāng)為正值時(shí)溝槽角等差增加，當(dāng)為負(fù)值時(shí)溝槽角等差減小。)。例如ml是標(biāo)準(zhǔn)的溝槽角，m2為標(biāo)準(zhǔn)溝槽角加上一個(gè)P，m3為標(biāo)準(zhǔn)溝槽角加2個(gè)P，而m4為標(biāo)準(zhǔn)溝槽角加3個(gè)P，然后以這四個(gè)溝槽為一個(gè)周期重復(fù)。同樣N、0類的溝槽也按照這種方式重復(fù)。不同溝槽角重復(fù)的數(shù)量用Q可以改變。在這里Q=4，Q值越大，大單元內(nèi)不同的反光元素越多。 圖13為圖12中C一C的截面圖，用了一種夸張的方式表現(xiàn)了溝槽角的等差變化。圖中ml、m2、m3、m4與圖8中的ml、m2、m3、m4 —致,它們的溝槽角各不相同，線(18)為溝槽軸線，虛線為標(biāo)準(zhǔn)溝槽角。溝槽的兩邊以溝槽軸線(18)為中心線等量的增大或減小溝槽角，其范圍小于±1度。如圖，ml與標(biāo)準(zhǔn)溝槽角相同，m2為標(biāo)準(zhǔn)溝槽角加上一個(gè)P，m3為標(biāo)準(zhǔn)溝槽角加2個(gè)P，而m4為標(biāo)準(zhǔn)溝槽角加3個(gè)P。然后以這四個(gè)溝槽角重復(fù)。實(shí)施例一圖14是本發(fā)明具有代表性的反光材料的反光元素結(jié)構(gòu)的詳細(xì)說明圖。在圖中每一條線代表一個(gè)溝槽，旁邊標(biāo)注的字母代表著對(duì)應(yīng)的溝槽，不同字母的溝槽的角度是不同的。如圖14所示,是Q=4時(shí)反光元素結(jié)構(gòu)的詳細(xì)說明圖，M類溝槽以ml、m2、m3、m4這四種不同的溝槽角為一個(gè)周期重復(fù)，N類溝槽以nl、n2、n3、n4這四種不同溝槽角為一個(gè)周期重復(fù)，0類以01、02、03、04這四種不同溝槽角為一個(gè)周期重復(fù)。得到的結(jié)果如圖14，圖中的黑框代表一個(gè)大單元，其中不同的反光元素用不同的阿拉伯?dāng)?shù)字標(biāo)記，總共有32個(gè)不同的反光元素。圖中每一個(gè)三角形代表一個(gè)反光元素，在圖中有兩種三角形，分別為右三角形和左三角形，右三角形被稱作正單元，左三角形被稱作負(fù)單元(例如，I至16為正單元，17至32為負(fù)單元。)。每個(gè)反光元素有三個(gè)二面角，這些二面角的大小是由不同溝槽構(gòu)成的。表I是Q=4，^ =6分時(shí)溝槽角與二面角的關(guān)系表I
權(quán)利要求
1.一種改進(jìn)鉆石級(jí)反光膜反射光錐的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述改進(jìn)鉆石級(jí)反光膜反射光錐的結(jié)構(gòu)由系列排列的棱鏡反光元素組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的改進(jìn)鉆石級(jí)反光膜反射光錐的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述改進(jìn)鉆石級(jí)反光膜反射光錐結(jié)構(gòu)上通過三種類型的V形槽刻畫而行成系列排列的棱鏡反光元素。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的改進(jìn)鉆石級(jí)反光膜反射光錐的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述三種類型的V形槽，所述同一類型的V形槽平行設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的改進(jìn)鉆石級(jí)反光膜反射光錐的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述同一類型平行設(shè)置的V形槽之間的距離相等，其范圍是25微米至1000微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的改進(jìn)鉆石級(jí)反光膜反射光錐的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述同一類型的V形槽以一定數(shù)量重復(fù)，同一類V形槽的一個(gè)重復(fù)周期至少有兩個(gè)不同的槽角。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的改進(jìn)鉆石級(jí)反光膜反射光錐的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述同一類V形槽在一個(gè)重復(fù)周期內(nèi)的具有不同槽角的V形槽個(gè)數(shù)不大于20。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的改進(jìn)鉆石級(jí)反光膜反射光錐的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述同一類V形槽的一個(gè)重復(fù)周期內(nèi)槽角的大小成等差增大或減小。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的改進(jìn)鉆石級(jí)反光膜反射光錐的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述槽角的大小變化范圍是±I度。
9.根據(jù)權(quán)利要求2至8任意一項(xiàng)所述的改進(jìn)鉆石級(jí)反光膜反射光錐的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述三種類型的V形槽之間互成60度夾角。
10.一種改進(jìn)鉆石級(jí)反光膜反射光錐的結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于，所述棱鏡式的反光元素通過三種類型的V形金剛石刀交錯(cuò)切割形成棱鏡式的反光元素。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種改進(jìn)鉆石級(jí)反光膜反射光錐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，所述改進(jìn)鉆石級(jí)反光膜反射光錐的結(jié)構(gòu)由一系列反光元素組成，反光元素的三個(gè)側(cè)面是通過三條交錯(cuò)的V形刀切割而成的，這三條交錯(cuò)的V形刀互成60度。為了讓反光材料反射回來的光形成光錐效果，得到一個(gè)理想的光錐或發(fā)散的輪廓，讓同一類溝槽以一定數(shù)量的溝槽重復(fù)，一個(gè)重復(fù)周期內(nèi)每一個(gè)溝槽角不同于臨近的溝槽角，且溝槽角的大小成等差增大或減小。其余兩類溝槽也以相同的數(shù)量和相同的溝槽角重復(fù)。不同溝槽角重復(fù)的結(jié)果是，反光材料上的元素被劃分為多個(gè)重復(fù)大單元，每個(gè)大單元里包含了很多形狀不同的反光元素。
文檔編號(hào)G02B5/124GK102736151SQ20121020792
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月21日
發(fā)明者刁銳敏 申請(qǐng)人:綿陽龍華薄膜有限公司