含两组槽的立体角反光器及其制造方法

专利名称：含两组槽的立体角反光器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及具有诸棱柱形反光单元的立体角反光器制品。
背景技术：
已知有许多种类的反光器，包括一个或多个通常为立体角的几何结构的棱柱形外形设计。采用立体角式反光单元的反光片是众所周知的。立体角反光单元都是具有三个在同一角部汇合的大致互相垂直的侧面的三面体结构。或是由于内部的全反射或是由于反射涂层的作用，光线一般在组成立体角的几个面上被反射。制造由诸反光立体角单元组成的直接加工的阵列时效率低并受局限。这些局限对发散轮廓、设计的灵活性和光学性能都有不利影响，并且相对于以下所述的新制品和制造方法来说，现有技术的总制造成本和其与性能的比值常是较高的。
发明概述本发明提供了多种由一列立体角单元组成的立体角制品，其中由两组相交的直接加工出的平行槽形成了多个不同的几何结构。本发明同时还提供制造这些立体角制品的几种方法。扼要说，这些方法一般包括在一基片上加工出两组相交的如本文所描述的平行槽以在基片上形成一代或多代基片复制品。
本发明的反光器克服了传统立体角反光单元外形设计上的许多结构的和光学的缺陷。由本发明所提供的新的立体角阵列可有各种立体角造型，并可通过改变槽的深度和间隔、诸立体角单元的长度和改变结构的不同高度从而控制各列中的多种结构的形状的手段制造具有高适应性的光学性能的立体角阵列。
附图的简要说明以下将结合附图对本发明作出进一步说明，其中

图1是现有技术的含两组槽的直接机加工的阵列的平面图；图2是沿图1中线“2-2”的阵列的截面图；图3是沿图1中线“3-3”的阵列端视图；图4是现有技术的另一个含两个槽的直接机加工的阵列的平面图；图5是沿图4中线“5-5”的阵列的截面图；图6是沿图4中线“6-6”的阵列的端视图；图7是现有技术的与图4中所示阵列类似的具有一倾斜的立体角单元的阵列的截面图；图8是本发明的具有不同的槽间间隔的、含两组槽的阵列的一部分的平面图；图9是沿图8中线“9-9”的截面图；图10是沿图8中线“10-10”的截面图；图11是图8-10中所示阵列在60°入射角时的一些有效孔径的视图；图12是本发明的有不同的槽间间隔和可变长度的、含两组槽的直接机加工的阵列的一部分的平面图；图13是图12所示阵列的侧视图；图14是本发明的具有不同的槽间间隔和一些倾斜单元的、含两组槽的直接机加工的阵列的一部分的平面图；图15是图14所示阵列的侧视图，包括了各个立方体的对称轴线；图16是图14所示阵列的侧视图，包括了各个立方体的对称和二等分线；
图17是图14-16所示阵列在60°入射角时的有效孔径；图18是本发明的具有不同槽深的、含两组槽的直接机加工的阵列的一部分的平面图；图19是沿图18中的线“19-19”的阵列的截面图；图20是沿图18中的线“20-20”的阵列的截面图；图21是图18-20所示阵列在60°入射角时的有效孔径的视图；图22是本发明的具有不同槽深和不同的槽间间隔的、含两组槽的直接机加工的的部分的平面图；图23是沿图22中的线“23-23”的阵列的截面图；图24是沿图22中的线“24-24”的阵列的截面图；图25是本发明的具有不同的槽深、不同的槽间间隔和不同立方体高度的、含两组槽的直接机加工的阵列的一部分的平面图；图26是图25所示的阵列的侧视图；图27是沿图25中线“27-27”的阵列的截面图；图28是图25-27所示阵列在60°入射角时有效孔径的视图；图29是本发明的具有不同的槽深、不同的槽间间隔和不同立方体高度的、含两组槽的直接机加工的阵列的一部分的平面图；图30是沿图29线“30-30”的阵列的截面图，并且在阵列上加有一种密封介质；图31是图29所示阵列的侧视图；图32是图29-31所示阵列在60°入射角时的有效孔径的视图；图33是本发明又一种具有不同槽深和不同槽间间隔的、含两组槽的直接机加工的阵列的一部分的平面图；图34是图33所示阵列的侧视图，包括了各个立方体对称轴线；图35是图33所示阵列的侧视图，包括了各个立方体二等分线；图36是本发明的具有不同槽间间隔和不同的立方体高度的、含两组槽的直接机加工的阵列的一部分的平面图37是图36所示阵列的侧视图，包括了各个立方体对称轴线；图38是图36所示阵列的侧视图，包括了各个立方体二等分线；图39是本发明又一种具有不同槽间间隔的、含两组槽的直接机加工的阵列的一部分的平面图；图40是图39所示阵列经放大后的侧视图；图41是本发明的由多个含两组槽的直接机加工的阵列组成的复合阵列的平面图，其中各个子阵列具有不同的槽间间隔和深度；图42是图41所示复合阵列在60°入射角时的有效孔径的视图；图43是本发明的具有不同的槽深和诸分隔表面的、含两组槽的直接机加工的阵列的一部分的平面图；图44是沿图43中线“44-44”的阵列的截面图；以及图45是沿图43中的线“45-45”的阵列的截面图。
这些理想化且失比例的视图仅用来说明本发明，并没有限制作用。
本发明诸实施例的详细描述本发明提供了一种加工一种反光立体角制品的方法；这种方法包括直接在一基片上机加工出两组槽，各组槽由至少两条槽组成以形成多个包括诸立体角单元的几何结构；以及，使至少一组槽中的至少两个槽加工得具不同的深度的两步骤。
本发明提供另一种加工另一种反光立体角制品的方法。这种方法包括直接在一基片上机加工出两组槽，各组槽由至少两条槽组成以形成多个包括诸立体角单元的几何结构；以及使至少两个立体角单元被加工成在一个共同参照平面上方的高度不同的两个步骤。
本发明提供又一种加工一种反光立体角制品的方法。这种方法包括直接在一基片上加工出两组槽，各组槽由至少两条槽组成以形成包括诸立体角单元的几何结构；以及使至少两个立体角单元加工成有效孔径大小在非零度入射角时沿x和y方向都不同的两个步骤。
本发明提供又一种加工又一种反光立体角制品的方法。这种方法包括直接在一基片上机加工出两组槽，各组槽由至少两条槽组成以形成多个包括诸立体角单元的不同的几何结构；以及使组槽加工成诸立体角单元的二等分线相互平行的两个步骤。
本发明提供又一种加工反光立体角制品的方法。这种方法包括直接在一基片上机加工出两组槽，各组槽由至少两条槽组成以形成多个包括诸具有平行对称轴线的立体角单元的几何结构；以及改变至少一组槽中的槽间间隔，使第一槽和相邻的第二槽之间的间隔不同于第二槽和相邻的第三槽之间的间隔的两个步骤。
本发明提供又一种加工另一种反光立体角制品的方法。这种方法包括直接在一基片上机加工出两组槽，各组槽由至少两条槽组成以形成多个包括诸立体角单元的几何结构；以及改变至少一组槽中的槽间间隔，使至少两个立体角单元的长度不同。
本发明提供又一种加工另一种反光立体角制品的方法。这种方法包括直接在一基片上机加工出两组槽，各组槽由至少两条槽组成以形成多个包括诸立体角单元的几何结构；以及将至少两个单元的诸不反光的三角面相对布置。
同时，本发明还提供了另一种反光立体角制品，它是在一基片上直接机加工出的基片的复制品，即通过在基片上仅加工出两组平行槽而形成多个包括诸立体角单元的几何结构，并且至少一组槽中的至少两个槽的深度不同。
本发明提供了又一种反光立体角制品，它是在一基片上直接机加工出的基片的复制品，即通过在基片上仅加工出两组平行槽而形成多个包括诸立体角单元的几何结构，并且至少两个立体角单元在一共同的参照平面上方的高度不同。
本发明提供了又一种反光立体角制品，它是在一基片上直接机加工出的基片的复制品，即通过在基片上仅加工出两组平行槽而形成多个包括诸立体角单元的几何结构，并且至少两个立体角单元被加工成使有效孔径大小在非零度入射角时沿x和y方向都不同。
本发明提供了另一种反光立体角制品，它是在一基片上直接机加工出的基片的复制品，即通过在基片仅加工出两组平行槽而形成多个包括诸具有平行的二等分线的立体角单元的不同的几何结构。
本发明提供了另一种反光立体角制品，它是一直接机加工出的基片的复制品，即通过在基片上仅加工出两组平行槽而形成多个包括诸具有平行对称轴线的立体角单元的几何结构，并使第一槽和在同一组槽中的相邻的第二槽之间的间隔不同于第二槽和在该组槽中的相邻的第三槽之间的间隔。
本发明提供了又一种反光立体角制品，它是一直接机加工出的基片的复制品，即通过在基片上仅加工出两组平行槽而形成多个包括诸立体角单元的几何结构，且至少一组槽中的槽间间隔是不同的，这样，至少两个立体角单元的长度不同。
本发明提供又一种反光立体角制品，它是一直接机加工出的基片的复制品，即通过在基片仅加工出两组平行槽而形成多个包括诸立体角单元的几何结构，且至少两个单元的诸不反光的三角面相对布置。
此外。本发明还提供了一种反光立体角单元复合片，由多个反光立体角单元的多个小区组成。各个小区包括一个直接机加工出的基片的同类小块制品，其中加工有多个立体角单元。这个复合片包括至少一个小区，在该小区中由两组平行槽上形成有至少两种包括诸立体角单元的几何结构。这两种几何结构在共同的参照平面上方的高度不同。
本发明提供一种反光立体角单元复合片，它由多个包括诸反光立体角单元几何结构的小区组成。各个小区包括多个在一基片上直接机加工出的立体角单元。复合片包括至少一个小区，该小区内由两组平行槽上形成了许多槽，并且其中至少一组槽中的至少两个槽的深度不同。
本发明提供一种反光立体角单元复合片，它由多个反光立体角单元的小区组成。各个小区包括一个直接机加工出的基片的复制品，其中加工有多个立体角单元。复合片由至少一个小区组成，在该小区中利用两组槽加工有至少两种包括立体角单元的几何结构，这样，有效孔径大小在非零度入射角时不同。
本发明提供一种反光立体角单元复合片，它由反光立体角单元的多个小区组成。各个小区包括一个直接机加工出的基片的复制品，其中加工有多个立体角单元。复合片由至少一个小区组成，中该小区中利用两组槽成形有多个包括立体角单元的几何结构。
本发明提供一种反光立体角单元复合片，它由多个反光立体角单元的小区组成。各个小区包括一个直接机加工出的基片的复制品，其中加工有多个立体角单元。复合片由至少一个利用两组平行槽成形的小区组成，其中至少一组槽中的槽间间隔是改变的，这样至少两个立体角单元的长度不同。
反光立体角单元阵列的制造是用由不同的工艺，包括那些如集销捆(pin bunding)的加工和直接机加工已知工艺制成的模具来完成的。利用集销捆加工工艺制造的模具是由安装在一起的单独的销制成的，各个销有一个具有立体角反光单元的诸形状特征的端部。集销捆加工的例子包括美国专利第3,926,402号(专利权人是Heenan等人)，和英国专利第423,464和441,319号(专利权人都是Leray)。
直接机加工工艺，通常也被称为是用尺划线工艺，包括在一个基片的切割诸多部分以形成相交的以构成立体角单元的槽的图案。美国专利第3,712,706号(专利权人是Stamm)中讨论了用于形成诸槽的用尺划线、成形和磨削工艺。开了槽的基片被看成是一个母模，由其可形成一系列的型腔，即复制品。在一些情况下，母模用作一个反光制品，然而更通常将复制品包括多代复制品用作反光制品。直接机加工工艺是一种极好的制造具有诸微小立方阵列的母模的方法。微小立方阵列对于生产薄的复制阵列、例如为加工片层的目的而连续滚动物品时适应性有所改善，故是特别有益的。微小立方阵列也有助于连续的加工处理制造。采用直接机加工方法制造较大阵列也比其它方法容易。美国专利第4,588,258号(专利权人是Hoopman)和美国专利第3,712,706号(专利权人是Stamm)中示出了直接加工工艺的例子，揭示了一种机械工具的一个或多个，该工具具有两个相对切削表面以切削槽从而使在一基片形成立体角光学面。直接机加工出的槽最好加工成包括分开且平行的诸槽的槽组，对这点已有认识。仅包括两组槽的直接机加工的例子示出在美国专利第4,349,598号(专利权人是White)和美国专利第4,895,428号及第4,938,563号(专利权人都是Nelson等人)中，后两者将在下文中作较详细描述。
传统的反光立体角单元阵列是从单一形式的配偶对派生出的，即几何对应地将立体角反光单元转动180°。这些单元一般在同一个参照平面上方的高度相同，并以具有相同槽深的槽为界，且单元长度都相同。在传统的三个槽阵列中的最高点即立方体顶点。这此与传统立方阵列有关的基本的配偶对原理示出在美国专利第3,712,706号(专利权人为Stamm)，美国专利第4,588,258号(专利权人为Hoopman)，美国专利第1,591,572号(专利权人为Stimson)，和美国专利第2,310,790号(专利权人为Jungerson)中。美国专利第5,122,902号(专利权人为Benson)揭示了另一种具有一致底边的立体角反光单元的配偶对例子，当然这些单元也可沿一分开的表面互相相邻和相对地设置。
上述例子的立体角单元反光阵列上述例子一般包括诸立方体，其中各个立方体对称轴线的方位可相对一基面来控制。对称轴线是一中心线或光学轴线，它是由每个单元的诸面所限定的内角或二面角的三等分线。在一些具体的应用中，较有利的是将立体角反光单元的配偶对的对称轴线倾斜至一个不与基面垂直的方位上，这样倾斜的立体角阵列可以在一个较宽的入射角范围内反光。入射角通常即射入一阵列的正面的光线和垂直于该正面的矢量之间的夹角。立体角单元对称轴线的倾斜在如美国专利第4,588,258号(专利权人为Hoopman)中说明。
立体角单元的对称轴线可朝前或向后倾斜。Hoopman专利揭示了折射率为1.5而倾斜至13°的结构。Hoopman同时也揭示了一种倾斜9.736°的立方体。这种几何形状是在传统阵列中在开槽工具损坏到立方体之光学表面之前的最大前倾位置。这种损坏通常发生在当工具切去相邻单元的边缘部分时第三个槽的成形过程中。美国专利第2,310,790号(专利权人为Jungersen)揭示了一种朝与Hoop-man专利中示出的方向相反的方向倾斜的结构。
对于这些传统阵列来说，光学性能是由确实反射光线那部分表面所占的百分比、即一个有效的小区或有效孔径所简单决定的。这种有效孔径率(percent active aperature)随倾斜量、折射率和入射角的变化而变化。在非零入射角时，传统的三槽阵列显示出至多两多大致类似尺寸的两个不同的孔径形状。这种情况是针对单一型的几何结构上相互适应地配对的传统立体角单元的。倾斜的传统立体角阵列有类似的倾向，尽管孔径的形状受到倾斜程度的影响。
一些传统的立体角阵列制造时有另外的可能是由于斜切或其它的设计特征造成的光学限制以提供某些环境下所需的非常特殊的性能。这种阵列的一个列子揭示在美国专利第4,349,598号(专利权人为White)中。这种阵列示出在分别示意为俯视、正视剖视和侧视图的图1，2和3中。阵列10是一种传统立方体设计的根据一个几何限值的极端的后削角情况的实例。在这种设计中，阵列10包括多个相同的由一对具有图2所示的非平行对称轴线19和图3所示的平行二等分线22的一立体角单元15，16派生出的立体角单元几何结构13。诸二等分线22组成一个线单元，其中每根二等分线将平分立体角单元的两个光学侧面40，41之间的夹角，并且在这个例子中垂直相交于一基面23。立体角单元15，16各自都在靠后的部位被削角削到无基部三角形形成的这一点上，而形成了两个垂直的光学面24，25。这发生在当立方体顶点29，30直接在基边32，33上方时，并且沿俯视方向看两边的基部三角形已消失而形成了一个矩形。采用具有相对切削面的工具，仅需要两组槽就可在一个基片上形成这种立方体结构。一组槽有90°的V形缺口36，其它组槽有如槽道37的矩形缺口，后一种缺口形成垂直的光学面。所有槽的两条边构成阵列10中的立体角单元光学表面。矩形槽道37的运用形成了一阵列10，其中的整个阵列表面未被诸立体角单元所覆盖。
图2和3示出了背衬层38的运用，它沿长的起作用的立方体边39的整个长度E配合和封住阵列10。这种背衬层材料的接触是沿诸立体角单元的光学棱产生的。为所有相同的立方体结构13共有的棱39限定了立体角单元阵列10的最高点。由于损坏了该棱或光线不在立方体背衬层界面上的反光，沿该棱的与背衬层38的接触含显著地减弱光学性能。通过运用以下结合附图8-45所述的新颖结构可缓解这一问题。
在White的设计中，立体角反射单元对都是作特殊排列的以提供在两个方向上的较大入射角时的高有效孔径。所有的立体角单元都处于同一高度和间隔，并且槽都加工到一恒定的深度。这就产生了具有相同立体角单元结构的一个阵列，并且包括诸平行的二等分线和不平行的对称轴线。美国专利第4,938,563号(专利权人为Nel-son等人)还揭示了一种具有包括诸立体角单元的多个相同的几何结构。Nelson等人的单元与揭示在图1-3所示的White设计的立体角单元类似，但对稍微不相垂直的光学表面作了介绍。这种表面的引入是用作一种控制立体角单元结构的发散轮廓的装置。
对传统立体角阵列和图1的设计的另一种变化揭示在美国专利第4,895,428号(专利权人为Nelson等人)中，它分别以平面、侧面和另一端面示出在图4，5，6和7中。如图4所示，包括诸立体角单元结构54的阵列50是通过减小White设计的立方体结构13的长度和消除立方体的垂直光学面24或25中的一个面而形成的。和White的设计一样，Nelson等人设计的结构的制造也仅要求两组槽52，53。槽53的两条边和槽52的一条边形成阵列50中的诸立体角单元光学表面。这个阵列也必须有至少一个由槽52形成的垂直反光面。这是通过将切削White设计的矩形的槽道用的工具换成一偏刀而实现的。通过运用工具自动抬起表面Nelson等人的工具可成形一非反光的三角面58，运用垂直侧壁可成形一垂直的反光表面60。阵列50的整个表面由定向一致的诸立体角单元覆盖，从而提供在一个方向上较大入射角时的高有效孔径。
图5和6也表示运用了背衬层62，它沿包括立方体棱63诸立方体非三角面的相交线的整个长度y配合和封住阵列50。所有相同立方体结构54的长的起作用的立方体棱63形成了立体角单元阵列50的最高点。由于损坏了该棱或光线不在立方体背衬层界面上反光，沿该棱的与背衬层62的接触会显著减弱光学性能。
图4-6揭示了Nelson设计的包括平行对称轴线19和平行二等分线22的结构的一个实施例。图7揭示了显示两个反光立体角单元64，65的阵列51的另一个实施例。单元64包括由与基面76垂直的二等分线73平分的横向面69，70。单元65包括由不与基面76垂直的二等分线82平分的横向面78，79。单元65的倾斜改善了在一水平方向上的倾角度。保持单元64，65的高度H\-1恒定，并与槽的恒定深度D1相等，即可完成这种倾斜。图7所示阵列51的实施例与美国专利第4,938,563号和美国专利第4,895,428号所示的实施例类似。如图1-7所示，White和Nelson设计的所有内容都讲授了具有恒定长度和高度、恒定槽深和至少一个由两组槽形成的垂直面的立体角单元结构。
如美国专利第5,171,624号(专利权人为Walter)中所讨论的，来自差不多为正交的传统立体角阵列中的有效孔径的绕射将产生反光光的能量图案或发散轮廓的不合乎需要的变化。这是由于传统阵列中所有有效孔径的尺寸大致相同，因此在反光的过程中的绕射程度大致相同。对于并非以一非常小的方式要影响到发散轮廓来说，在一两槽组形式的阵列中引入稍微不垂直的表面比在由三组槽构成的阵列中引入更为困难。这是因为大于90°的角可引起复制过程中的材料的物理互锁。因此，为了控制在双槽组阵列设计中的发散轮廓，采用具有有效孔径大小可变这一新颖特征的立体角单元是极其有用的。这用来控制绕射和因此引起的发散轮廓形状。最好是，孔径形状在x和y两个方向上加以控制，如图11、17、21、28、32、和42所示。
本发明通过改变上述的发散轮廓的形状，以及采用改变槽深和间隔、单元的可变长度和结构的可变高度控制各个阵列中的多个几何结构的形状来获得优良的光学性能。各个槽构成可包括诸立体角光学单元的几何结构的诸侧面。诸槽可由机械工具穿过基片的单个或多个制成。每组槽都由基片上的诸平行槽组成。
图8-10揭示了直接加工的阵列100，它具有多个几何结构，包括各自有不同的高度和宽度的不同的立体角单元103、105。图9示出了其中一个单元103，其宽度W1比其中一个单元105的宽度W2宽。这也是沿y轴方向加工的槽在沿x轴方向的可变槽间间隔的一个例子。类似地，单元103从一参照基准107到在顶点110的单元的最高边所测得的高度H1比各自具有一上边112的诸单元105中的一个的高度H2高。不同的立方体高度这一新特征减少了对较低结构的立方体棱，例如棱112的损坏。对包括立方体的最高结构的损坏可能发生在薄片加工过程中或由于在密封过程中与背衬层的接触。对于具有恒定高度的立方体的传统阵列来说，在加工或密封过程中所有的边缘都会被损坏且削弱光学性能。
图11示出了入射角为60°、折射率为1.59的阵列100的有效孔径率的截面。在阵列中的单元的可变间隔和高度产生多个孔径尺寸，如所示的孔径115、116。
图12和13揭示了具有多个立体角单元的阵列120的视图，其中置于x轴方向的槽的沿y轴方向的槽间间隔可变。这使立方体单元123，125具有不同的单元长度L1和L2，这样也使沿着立方体棱128，130的边长不同。
图14-16示出了阵列135，它揭示了包括立体角单元137、138、139、140的阵列的多个局部斜切的结构设计。这种设计包括在x和y方向可变的槽间间隔。这使立体角单元137，138各个都具有一致的长度L1，与单元139、140的长度L2不同。然而，单元137、139各自具有相同宽度W1而不同于单元138、140中任一个的宽度W2。这种阵列设计使沿各个立方体边缘142、143、144、145产生不同的立方体边缘长度。
阵列135加工得使单元138、140倾斜。以这种倾斜加上以上特征形成的阵列中的单元的对称轴线19不平行(如图15所示)，二等分线22也不平行(如图16所示)。
图17揭示了多种形状和尺寸的对应于阵列135的多立体角单元结构的有效孔径。阵列的可变间隔、高度、和宽度和倾斜产生如孔径148、149、150、和151所示的四种不同的有效孔径尺寸和形状。有效孔径的多种尺寸和形状大大地增强了这种阵列的设计灵活性以获得光学性能的改善，包括在不同的入射角时发散轮廓一致性的改善，还增强了这些可修整的阵列的市场竞争力。
图18-20示出了阵列160，它包括有许多关于可变槽深和多种有效孔径尺寸和形状的确定但不依赖非正交构造的新颖的设计特征。阵列160包括多个加工在具有各自包括多条平行槽的两组槽的基片165上的立体角单元163、164。第一组槽包括沿y方向布置的槽167。第二组槽包括沿x方向布置的槽169、171，但切口D1、D2的深度不同。这可产生两种不同长度的立方体棱174、176。立体角单元163、164共用同一个光学表面178(如图19所示)。
图21揭示了对应于阵列160的多立体角单元结构的多种有效孔径尺寸。可变槽深，和立体角单元三角面的可变尺寸和立方体边缘的长度可产生两种如孔径180、183所示的不同的有效孔径尺寸。
图22-24示出了阵列190，它包括在一个槽组中的可变的槽间间隔和可变的槽深的新颖特征。阵列190包括多个由加工在基片194中的两组平行槽形成的立体角单元191、192，其中各个立体角单元具有一垂直的光学面。如其它图中所示，间隔和深度的多种形式都是可能的。然而，在此实施例中，对于x方向的槽是以相同的槽间距离加工第一组槽。不同槽深D1、D2可用于任何槽组中的槽以形成所有的几何结构的侧面或横向表面，它们可组成立体角单元的光学或非光学表面。在这里，“光学部分”指的是以某个入射角实际反光的表面。第二组槽加工成在y方向的槽之间的槽的距离变化。这表现为宽度W1和W2之间的差值。
图25-27示出了阵列200，它包括由直接加工的各自包括在基片203中的多条平行槽的两组槽所生成的多个立体角单元。在这个实施例中，都定向在y方向的槽205加工成相同的深度但间隔可变。都定向在x方向的槽217加工成产生不同的切口深度，如图27所示的深度D1、D2和D3。这可形成具有宽度W1和高度H1的立体角单元207、208、209和210，以及具有不同的宽度W2和不同的高度H2的立体角单元211、212、213、214。槽217也加工成在槽之间的间隔可变，而形成如单元长度L1和L2所示的不同长度的立方体单元。阵列200中的所有立方体的对称轴线19和二等分线22是平行的。
所有这些新颖的设计特征可产生多种方案的有效孔径尺寸，对于获得所需的发散轮廓来说这是相当有用的。多种有效孔径如图28中的孔径220、221、222、223、224、225、226和227。这些孔径对应于立体角单元207、208、209、210、211、212、213、214。由这些多种结构工艺和原理所产生的增强的光学性能和设计的灵活性直接关系到产品性能的改善、价格效应和市场销售。
反光片的总的反光是有效孔径率与反射的光线的强度的乘积。即使有效孔径率较高，立方体的几何结构、入射角和折射率的一些组合，以及光线强度的显著减弱可使总的光反射变得较弱。一个例子是以反射光线的全内反射为基础的反光立体角单元阵列。如果在一个立方体面上全内反射临界角超过了，则光线强度就大大减弱。在这种情况下，最好采用在阵列的一部分上涂以金属的或其它反光涂层。比如，当立方体表面具有一反光层时，具有接触密封介质的立方体表面的阵列的一特定部分常具较好的反光性能。另外，一部分可组成一整个阵列。
图29-32示出了另一个阵列230，它包括具有如不同的立体角单元233、234、235、236和237所示的不同高度H1、H2，长度L1、L2，宽度W1、W2、W3，槽深D1、D2、D3和有效孔径尺寸的多个单元。
如上所示，直接加机工的反光立体角制品经常在反光制品上放置一密封膜以将一低折射率材料例如空气保持在紧挨反光单元处，从而改善性能。在传统的阵列中，这种介质经常与立体角单元直接接触，所以减弱了总的光反射。然而，用本发明的这种新颖构造，将密封介质243放在阵列的最高表面上而不接触较低的反光立体角单元，故不会削弱它们的光学特性。最高表面最好是属于立体角单元的，虽然它也可为非反光的棱锥体、截头锥体、支柱或其它结构的。图30包括一种其它图中未示出的光学密封介质243，它位于基片250上方的最高立方体棱245、247上。这是本发明制造方法的优点的一个例子，它可提供多个几何结构，其中包括了在同一个参照平面上方的高度不同的诸反光立体角单元，并在加工过程中采用不同的槽深。虽然高度稍许的变化可起因于槽的位置的略微不均匀或由于加工误差或非正交性的故意诱导而所包括的立体角单元的角度不同，但是这些变化与揭示和讲授在本发明中的变化并非是类似的。如一阵列使用密封介质薄片的话，支撑表面可用来将介质保持在诸立体角单元的上方并增加阵列的透光性。薄片的透光性可通过用一透明的或局部透明的密封介质而提高。
图33-35示出了另一个直接机加工的阵列254，它包括以多种槽深D1、D2、D3t和多种长度L1、L2、L3加工的多个立体角单元257、258、259、260、261和262。阵列254中的所有立方体的对称轴线19和二等分线22是平行的。各种各样的立体角单元，例如257、258，以及258和261共用同一个光学表面。
图36-40揭示了直接加工的双槽组阵列的另一种设计，采用新的槽间间隔和高度，并包括多个与揭示在美国专利第4,895,428号(授予Nelson等人)和美国专利第4,349,598号(授予White)中的类似的单元。然而，如这些附图中所示的实施例，至少两个单元，即273、275(图36)或295、297(图39)的两非反光的三角面278、280(图36)或298、299(图39)相对。这可使单元的非反光面共用沿着一条槽的同一条棱，诸如图36中的边缘282和槽285，或由图39中的一个中间结构使这两非反光面保持分离开。这种设计可使立体角单元具有平行的二等分线22和非平行的对称轴线19，它盖住阵列的整个表面，并且沿两个方向上在较大的入射角时具有一个非常高的有效孔径。另一个实施例包括与上述类似的有选择地分开的不同定向的诸立体角单元的多种组合，还包括一些成型为槽道的矩形切口。制造这些阵列的方法包括直接机加工两组槽，每组至少在一基片中的两个槽以形成多个包括诸立体角单元的几何结构，并且将至少两个单元排成两非反光的三角面彼此相对。在一个实施例中，具有相对关系的单元都是几何形状相同的。这些单元也可包括一部分复合阵列层，就如下文所讨论的。
图39是一个直接机加工的双槽组阵列290的平面图，图40是其侧视图，它包括多个取x方向的可变的隔开的平行槽和取y方向的多个平行槽，在此例中所示的这些平行槽的间隔是恒定的。这可使阵列具有其长度为L1的立体角单元293而立体角单元295和297的长度为L2。阵列290的新颖设计可提供非常好的在两个方向上的入射角度性能，而整个阵列由诸立体角单元盖住。
本发明的其它实施例包括一个制品的产生，或制品的复制，它还可改变反光的光的图案的形状。这些实施例包括在至少一组槽中的至少一个槽侧角，诸角不同于与由槽侧边所限定的诸单元的其它诸面正交所必须的角度。类似地，至少一组槽可包括至少两个互不相同的槽侧角的重复图案。切槽工具的形状，或其它工艺可形成诸立体角单元，其中至少一些立方体上至少一个立体角单元光学面的至少一个显著部分是弧形的。这种弧形面可以是向里凹的或向外凸的。这种起初由一个槽组中的一个槽形成的拱形面在基本上平行于所述槽的方向上是平的。这种弧形面可是圆柱体形的，其圆柱体轴线平行于所述槽，或者是一条在垂直于所述槽的方向上有不同的曲率半径的曲线。
混合倾斜是用于将具有不同取向的立体角单元的诸小区组合的工艺。这是传统阵列所用的，诸如揭示在美国专利第4,202,600号(授予Burke等人)和4,243,618(授予Van Arnam)中，以使薄片具有一个处于与取向无关的高入射角的均匀的外观。采用混合倾斜可利用各有一对称的入射角的诸阵列提供与入射角的变化有关的对称的光学性能，以及改变包括以非三角形立体角棱柱为基片的阵列的光学性能。
参见图41，复合阵列300包括几个小区303、305、307、309和311，各区由诸立体角单元阵列组成。复合阵列可包括几个不同设计的阵列的小区，每个阵列包括至少一个小区，在一个实施例中，每个小区包括诸不同的几何结构，该结构包括由两组平行槽形成的诸立体角单元，诸单元具有诸平行的二等分线。在一些阵列中，有多种新特征。小区311是一种双槽组阵列的例子，其中诸立体角单元在同一个参照平面上方的高度不同；在至少一个槽组中的至少两个槽的深度不同；诸立体角单元有诸平行的对称轴线，第一槽和相邻的第二槽之间的间隔，不同于第二槽和相邻的第三槽之间的间隔；诸立体角单元有平行的二等分线和第一槽和相邻的第二槽之间的间隔，不同于第二槽和相邻的三个槽之间的间隔；在至少一个槽组中的槽间间隔是变化的，这样至少两个立体角单元的长度不同；以及，非零入射角时有效孔径尺寸是变化的。图42揭示了阵列300的有效孔径，其中孔径318、320、322和324对应于小区303、305、307和309的诸立体角单元。有效孔径326、327、和328对应于小区311的诸立体角单元的多种孔径。
相邻几个小区的立体角单元复合阵列含有不同的尺寸和立体角单元定向。各小区的尺寸应根据具体的应用要求来选定。例如，交通控制场合用的要求小区足够小，以致于它们在最小的预期视距处不能用肉眼看出。这可提供一具有均匀的外观的复合阵列。另外，在如铺路标志或路障的/路径标志或方向指示反光应用场合，要求足够大的诸小区，以致于在所需的最大视线距离处用肉眼就可容易地看见。另外，在这些应用中，当在高入射角时需要最大的全反射需要在高入射角时复合阵列片会是有效的。传统阵列片不能获得例如在一种交通障碍物侧的使用场合下采用的、如本发明的复合阵列片那么多方向的全反射。
图43-45示出了阵列334，它具有包括由多个分隔表面342所隔开的诸立体角单元337、338的多种几何结构。单元337、338的横向面345、346、347、348构成各个分隔表面的边界350、351。诸横向面可包括诸立体角光学表面以及在立体角或其它几何结构上的诸非光学表面。一个分隔表面342从截面看可有平的或弧形部分。
采用多种结构的反光立体角单元阵列，可有利地用诸分隔表面来提高薄片，包括软片的透光性或透明度。例如，这在如标志牌或自动信号光反光器的内部照明的反光制品中尤其有效，它们一般都注塑而成。在图43所示的实施例中，所示的诸分隔表面与诸立方体棱相结合，它们又被切成有各种深度的槽以形成诸附加的立体角单元。如果需要的话，这一工艺也可被用来截去立方体棱未端或其它结构表面。一分隔表面342可用一具有一平的或弧形的刀尖的加工工具制成，或通过从多个结构立体角单元阵列靠模的复制品上进一步除去材料而成。可以理解，诸结构特征的不同组合在本发明的范围中是可能的，并且这些组合不受诸附图示出的那些具体说明的实施例限制。
用于本发明反光制品或复合片的较佳的材料是透明材料，要求它们的尺寸稳定、耐用性好、经得起气候变化，并且易于复制成所需的形状。适合的材料如包括玻璃；折射率大约为1.5的丙烯酸树脂，诸如由Rohm and Haas公司制造的PLEXIGLAS牌树脂；折射率大约为1.59的聚碳酸酯；如美国专利第4,576,850号和4,668,558号中所述的反应物质；诸如市售的E.I.Dupont de Nemours and Co.，Inc.制造的SURLYN牌的含离子键聚乙烯；聚酯，聚氨酯；和醋酸—丁酸纤维素。由于聚碳酸酯的刚度和折射率较高，它们通常可改善在一个较宽的入射角范围中的反光性能，所以是尤其适用的。这些材料也可包括染料、着色剂、颜料、UV稳定剂，或其它添加剂。材料的透明度可保证分隔面或截去立方体棱边后形成的表面将通过制品或复合片的那些部分透光。
截棱面和/或分隔面的共用不会消除制品的反光性，反而会提供整个制品的局部透光度。在一些需要局部透光材料的用途中，制品的低折射率将改善透过制品的光的范围。在这些使用中，需要增加丙烯酸树酯(折射率大约为1.5)的透光范围。
在充分反光的制品中，具有高折射率的材料是较佳的。在这些应用中，诸如折射率大约为1.59的聚碳酸酯材料用来加大材料和空气折射率之间的差距，从而提高反光的性能。聚碳酸酯的温度稳定性和冲击强度较佳，因而尤为可取。
对于本技术领域的熟练人员来说，不脱离本发明的范围和精神的多种变化和改变将是显而易见的。
权利要求
1.一种加工立体角制品的方法，包括以下步骤a)直接在一基片上加工出各自包括至少两条槽的两组槽以形成多个包括诸立体角单元的几何结构；以及b)将至少一组槽中的至少两条槽加工成不同深度的槽。
2.一种加工立体角制品的方法，包括以下步骤a)直接在一基片上加工出各组包括至少两条槽的两组槽以形成多个包括诸立体角单元的几何结构；以及b)将至少两个立体角单元制成为各自具有同一个参照平面上的不同的高度。
3.一种加工立体角制品的方法，包括以下步骤a)直接在一基片上加工出各组包括至少两条槽的两组槽以形成多个包括诸立体角单元的几何结构；以及b)将至少两个立体角单元制成有效孔径尺寸沿x和y方向在非零入射角时不同。
4.一种加工立体角制品的方法，包括以下步骤a)直接在一基片上加工出各组由至少两条槽组成的两组槽以形成多个包括诸立体角单元的不同的几何结构；b)将所述诸组槽加工成诸立体角单元有诸平行的二等分线。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于至少两个立体角单元的对称轴线是不平行的。
6.如权利要求1，2，3或4所述的方法，其特征在于，在至少一组槽中的诸槽的槽间间隔是不同的，使第一槽和相邻的第二槽之间的间隔不同于所述第二槽和相邻的第三槽之间的间隔。
7.一种加工立体角制品的方法，包括以下步骤a)在一基片上直接机加工出出各组由至少两条槽组成的两组槽以形成多个包括诸具有平行对称轴线的立体角单元的几何结构；以及b)改变至少一组槽中的诸槽间间隔，使第一槽和相邻的第二槽之间的间隔不同于所述第二槽和相邻的第三槽之间的间隔。
8.一种加工立体角制品的方法，包括以下步骤a)在一基片上直接机加工出出各组由至少两条槽组成的两组槽以形成多个包括诸立体角单元的几何结构；以及b)改变至少一组槽中的槽间间隔使至少两个立体角单元的长度不同。
9.一种加立体角制品的方法，包括以下步骤a)在一基片上直接机加工出出各组由至少两条槽组成的两组槽以形成多个包括诸立体角单元的几何结构；以及b)将至少两个单元布置成诸单元的非反光三角面相对。
10.如权利要求1，2，3，4，7或9所述的方法，其特征在于，至少两个立体角单元的长度不同。
11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，至少两个长度不同的立体角单元的宽度也不同。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，至少两个长度不同的立体角单元的宽度也不同。
13.如权利要求2，3，4，7，8或9所述的方法，其特征在于，在至少一组槽中的至少两条槽的深度不同。
14.如权利要求9所述的方法，其特征在于，相对的诸非反光三角面共用一条边。
15.如权利要求9所述的方法，其特征在于，有相对的诸单元被制成为几何形状相同。
16.一种由如权利要求1，2，3，4，7，8或9所述的方法制成的制品。
17.一种立体角制品，其特征在于，它是权利要求16所述制品的复制件。
18.如权利要求17所述的制品，其特征在于，所述制品是反光的。
19.一种反光立体角制品，它是一直接机加工出的基片的复制件，其特征在于，在基片上仅采用两组平行槽加工出多个包括诸立体角单元的几何结构，并且至少一组槽中的至少两条槽的深度不同。
20.一种反光的立体角制品，它是一直接机加工出的基片的复制件，其特征在于，在基片上仅采用两组平行槽机加工出多个包括诸立体角单元的几何结构，并且至少两个立体角单元在一共同的参照平面上方的高度不同。
21.一种反光的立体角制品，它是一直接机加工出的基片的复制件，其特征在于，在基片上仅采用两组平行槽加工出多个包括诸立体角单元的几何结构，并且至少两个立体角单元加工成有效孔径尺寸沿x和y两个方向上在非零入射角时不同。
22.一种反光的立体角制品，它是一直接机加工出的基片的复制件，其特征在于，在基片上仅采用两组平行槽加工出多个包括诸具有平行二等分线的立体角单元的不同的几何结构。
23.如权利要求22所述的制品，其特征在于，至少两个立体角单元的对称轴线是不平行的。
24.如权利要求19，20，21或22所述的制品，其特征在于，在至少一组槽中的诸槽的槽间间隔是变化的，使第一槽和相邻的第二槽之间的间隔不同于所述第二槽和相邻的第三槽之间的间隔。
25.一种反光的立体角制品，它是一直接机加工出的基片的复制件，其特征在于，在基片仅采用两组平行槽加工出多个包括诸具有平行的对称轴线的立体角单元的几何结构，并且一组槽中的第一槽和相邻的第二槽的间隔不同于所述槽组中所述第二槽和相邻的第三槽之间的间隔。
26.如权利要求19，20，21，22或25所述的制品，其特征在于，至少两个立体角单元的长度不同。
27.一种反光的立体角制品，它是一直接机加工出的基片的复制件，其特征在于，在基片仅采用两组平行槽加工出多个包括诸立体角单元的几何结构，并在至少一组槽中的间隔是变化的，使至少两个立体角单元的长度不同。
28.如权利要求19，20，22，25或27所述的制品，其特征在于，在非零入射角时存在至少两种不同的有效孔径尺寸。
29.一种反光的立体角制品，它是一直接机加工出的基片的复制件，其特征在于，在基片仅采用两组平行槽加工出多个包括诸立体角单元的几何结构，并且至少两个单元的非反光的三角面相对。
30.如权利要求29所述的制品，其特征在于，所述相对的非反光的三角面共用一条边。
31.如权利要求29所述的制品，其特征在于，相对的诸单元的几何形状是相同的。
32.如权利要求19，20，22，25，27或29所述的制品，其特征在于，至少两个立体角单元在同一个参照平面上方的高度不同。
33.如权利要求19，20，21，22，25，27或29所述的制品，其特征在于，多个立体角单元具有用于一隔置在较低的诸立体角单元上方的密封介质的支撑件。
34.如权利要求19，20，21，22，25，27或29所述的制品，其特征在于，在至少一组槽中的至少一条槽限定了诸包括诸具有形成一分隔表面的分界边的横向面的立体角单元的几何结构。
35.如权利要求34所述的制品，其特征在于，所述制品是局部透光的。
36.如权利要求34所述的制品，其特征在于，沿所述各个分离表面所在的任何表面上的任何点剖切，都有一弯曲的横截面。
37.如权利要求34所述的制品，其特征在于，沿所述各个分隔表面所在的任何表面上的任何点剖切，都有一平的横截面。
38.如权利要求19，20，21，22，25，27或29所述的制品，其特征在于，包括一从包括交通控制材料、反光的汽车标志、方向反光器、内部照明的反光制品和反光标志的一组结构中选出的结构。
39.如权利要求19，20，21，22，25，27或29所述的制品，其特征在于，包括在至少一组槽中的至少一个槽侧角度，它和另一角度不同，在此角度时，将产生和由槽侧边限定的单元的其它面成正交的情况。
40.如权利要求19，20，21，22，25，27或29所述的制品，其特征在于，至少一组槽在一个重复的图案中包括至少两个互不相同的槽侧角度。
41.如权利要求19，20，21，22，25，27或29所述的制品，其特征在于，至少一个立方体面的整个显著部分是弧形的以改变反射光的图案的形状。
42.如权利要求41所述的制品，其特征在于，弧形面的形状是，向里凹的。
43.如权利要求41所述的制品，其特征在于，弧形面的形状是向外凸的。
44.如权利要求41所述的制品，其特征在于，弧形面的形状是基本上圆柱面形的，这样圆柱体的轴线是近乎平行于界定弧形面的槽。
45.如权利要求19，20，21，22，25，27或29所述的制品，其特征在于，所述制品是透明的。
46.如权利要求19，20，21，22，25，27或29所述的制品，其特征在于，制品的一个部分上涂有反光层。
47.如权利要求19，20，21，22，25，27或29所述的制品，其特征在于，至少两个立体角单元共有一个光学表面。
48.如权利要求19，20，21，22，25，27或29所述的制品，其特征在于，至少一个立体角单元包括一以一非90°角正交于一基准面的二等分线。
49.一种反光的立体角单元复合片，包括多个反光的立体角单元的小区，各个小区包括一直接机加工出的基片的复制件，其中加工有多个立体角单元，该复合片包括至少一个小区，在该区中从两组平行槽形成至少两个包括诸立体角单元的几何结构，所述几何结构在同一个参照平面上方的高度不同。
50.一种反光的立体角单元复合层，包括多个反光的立体角单元的小区，各个小区包括一直接机加工出的基片的复制件，其中加工有多个立体角单元，并且复合片由至少一个小区组成，在该小区中从两组平行槽形成有诸，并且至少一组槽中的至少两个槽的槽深不同。
51.一种反光的立体角单元复合片，包括多介反光的立体角单元的小区，各个小区包括一直接机加工出的基片的复制件，其中加工有多个立体角单元，并且所述复合片由至少一个小区组成，其中采用两组槽加工出至少两个包括诸立体角单元的几何结构，这样有效孔径的尺寸在一非零入射角时不同。
52.如权利要求50或51所述的复合片，其特征在于，至少一个小区由至少两个立体角单元组成，这些单元在同一个参照平面上方的高度不同。
53.如权利要求49，50或51所述的复合片，其特征在于，有非对称的入射角度。
54.如权利要求49，50或51所述的复合片，其特征在于，有对称的入射角度。
55.如权利要求51所述的复合片，其特征在于，在x和y两个方向上有效孔径的尺寸不同。
56.一种反光的立体角单元复合片，包括多个反光的立体角单元的小区，各个小区包括一直接机加工出的基片的复制件，其中加工有多个立体角单元，并且所述复合片包括至少一个小区，在该小区中采用两组槽成型出多个包括诸立体角单元的几何结构。
57.如权利要求56所述的复合片，其特征在于，至少一个采用两组槽的的小区中的所有立体角单元具有平行的角等分轴线。
58.如权利要求56所述的复合片，其特征在于，至少一个采用两组槽的的小区中的至少两个立体角单元的诸非反光的三角面相对。
59.一种反光的立体角单元复合片，包括多个反光的立体角单元的小区，各个小区包括一直接机加工出的基片的复制件，其中加工有多个立体角单元，并且所述复合片包括至少一个采用两组平行槽成型的小区，在该小区中在至少一组槽中的诸槽的槽间间隔是变化的，这样至少两个立体角单元的长度不同。
60.如权利要求49，50，51，56或59所述的复合片，其特征在于，在至少一组槽中的诸槽的槽间间隔是变化的，使第一槽和相邻的第二槽之间的间隔不同于所述第二槽和相邻的第三槽之间的间隔。
全文摘要
一种反光的立体角制品，它是一直接机加工出的基片的复制件，在其中仅采用两组平行槽(205，217)在基片上加工出多个包括诸立体角单元的几何结构。至少一组槽中的至少两个槽的槽深不同。
文档编号G02B5/124GK1133090SQ94193749
公开日1996年10月9日 申请日期1994年10月20日 优先权日1993年10月20日
发明者肯尼斯·L·史密斯, 格兰德·M·本森 申请人:美国3M公司