专利名称：制备可畸变的光学元件阵列的方法
技术领域：
0001使用反向反光膜将光从光源点反射到观察点。例如，在公路
安全应用中(如公路标志、路面标志)，车头灯的光线被反射到汽车驾 驶者的眼睛中。当光线被反射到观察点时，任何给定的旋转角c的发散
角"的变化范围是0-3度。
0002任何给定情形下的发散角"和旋转角s的值取决于光源(如车 头灯)的几何形状、观察者(如驾驶者)和光源/观察者(如汽车)与 反向反光膜之间的距离。例如，大卡车的右车头灯和驾驶者在距路标 大约40米时，其发散角"大约为3度，当汽车的左车头灯和驾驶者在 距路标大约600米时，其发散角大约为0.05度。汽车左右车头灯的旋 转角s的值不同，其也取决于车头灯的几何形状及汽车和驾驶者与路标 之间的距离。
0003理论上，路标使用的反向反光膜可以产生足够强度的反射光， 而且反射光的旋转角s范围宽，发散角a的范围合适。例如，非市区反 向反射公路标志以角度大约为1度的发散角来反向反射光，其相当于 大卡车的驾驶者在距路标大约120米时，返回到驾驶者的右车头灯光 的发散角的值。此外，如果路标上的反向反射膜是随机取向，则在旋 转角s的每个值都需要反向反射率。
0004为了增加反向反射材料的平均几何发散，应该在反向反射元 件中有意地引进畸变。例如，使用微型立方体，可以引进畸变，这可 以使二面角稍微偏离90度。在过去的，US3712706、 US4775219、 US4938563 、 US6015214 、 US2003/007815A1描述过这些畸变。 US6871966刚开了一种引进畸变的方法，其在加工后通过主体基片的 控制加工或主体基片的复制基片的控制加工产生几何形状。(此专利归 属于本发明的受让人并且其全部公开内容通过参考合并于此)。具体 地，在非元件承载面(如承载形成元件的面的对立面)的局部区域加工基片，使其足以改变元件承载面的对立面的光学元件的几何形状。
发明内容
0005本发明提供一种引进有畸变反向反射元件阵列的方法，其中 可以控制加工基片的元件承载面。在权利要求中全部描述和具体指出 了本发明的这些和其他特征。下面描述和附图详细陈述了本发明的特 定图示说明的实施例，该特定图示说明实施例是象征性的，在本发明 原理内还可以使用多种不同的方法。
0006图1根据本发明是具有畸变反向反射元件阵列的反向反射膜
0007图2是有畸变反向反射元件阵列的表面视图。
0008图3是反向反射元件的特写图。
0009图4是无畸变反向反射元件阵列的表面视图。
0010图5是一种制备反向反射膜的方法的示意图。
0011图6是在基片上执行控制加工的示意图。
0012图7是当在基片上附加其电铸复制品时，在基片上执行控制 加工的示意图。
具体实施例方式
0013参考附图，最先参考图1和图2，根据本发明显示反向反射膜 10。反向反射膜IO包括纯净的树脂膜材料12 (如聚丙烯酸脂、聚碳酸 酯、乙烯树脂等)，该树脂膜材料12具有前表面14和后表面16，以在 前表面14和后表面16上形成有畸变反向反射元件20阵列18。图示说 明的反向发射元件20是立方角元件，更具体地，是微型立方体。另外 参考图3可以更好的看出，每个反向反射元件20包括三个互相垂直的 面22，三个面在顶24点相交，三个面中的每两个面在边26相交形成 三个二面角。然而，其他反向反射元件也是可能的，本发明可以考虑。 此外，元件20不必是反向反射性的，其可以是任何类型的光学元件(包
8括微型光学元件)，其中在光学元件内有意引进畸变以便改进光学性 能。
0014当讨论阵列18和/或反向反射元件20的光学性能时，使用模 拟阵列18'作为比较的基础会有所帮助。如图4中所示的模拟阵列18' 具有与阵列18相同的模式，并且具有与先前有畸变的反向反射元件20 完全相同的反向反射元件20'。例如，在所图示说明的立方角元件实施 例中，每个模拟阵列18'的反向反射元件20'可以包括三个二面角， 其中每个二面角为90度或接近90度。模拟无畸变阵列18'具有确定 的全部光学性能，包括平均几何发散和总反向反射率。
0015根据本发明，反向反射元件20中的畸变足够大，以使阵列18 具有比无畸变阵列18'(如0-0.5度)大的平均几何发散(如大至少0.2 度、至少0.5度、至少1度、和/或大至少0.1度)。此外或可选地，当 与无畸变阵列18'进行比较时，阵列18可以使总反向反射率维持为至 少90%、至少94%和/或至少98%。反向反射元件20的平滑度和/或边 缘锐度基本与无畸变元件20'相同。
0016参考图5，示意性显示一种制备反向发射膜10的方法。在此 方法中，加工空白基片100以产生主体基片110，该主体基片110具有 承载形成元件120的表面116。形成元件120可以与反向反射元件20 同性或异性，无论是同性还是异性，形成元件120具有与无畸变元件 20'所需的几何形状相同的几何形状。在所图示说明的实施例中，主 体基片IIO包括凸形元件120。
0017然后使用主体基片110产生(如通过电铸形成) 一个或多于 一个原版基片110。每个复制的基片110具有承载形成元件120的表面 116，其与主体基片110的形成元件120异性。 一个或多于一个原版基 片110可以被组装在组装基片210上。可以使用组装基片210产生(如 通过电铸形成)二级复制基片110，每个二级复制的基片IIO具有承载 形成元件120的表面116，其与组装基片210的形成元件120异性。二 级复制的基片110可以一起被组装在二级组装基片210上。可以使用 二级组装基片210产生(如通过电铸形成)三级复制基片110，并且复 制序列可以以相同的方式持续下去直到产生M10复制基片。加工产生
9的M10复制的基片具有承载形成元件M20的阵列表面M16，其与反 向反射元件20异性。然后可以使用加工产生的M10在塑料膜材料12 的表面16上形成(如通过模压加工、浇铸、压縮模制等)反向反射元 件20，以产生反向反射膜IO。
0018如图6示意性显示，在主体基片110、复制基片110、和/或组 装基片210的第一表面210的至少一个局部区域130/230上执行控制加 工。在一个或多于一个复制/聚类步骤阶段，可以执行控制加工步骤。 在执行控制加工步骤之前，模拟阵列18'中的有畸变元件20'的几何 形状、执行控制加工步骤之后，在加工的基片110/210上形成元件 120/220、和复制加工的基片所得到的基片110/210上形成元件120/220 与阵列18中有畸变的反向反射元件20—致。
0019可以在主体基片110、复制基片110、或组装基片210上执行 控制加工。
0020基片110/210可以由金属或塑料制成。例如，在所图示说明的 实施例中，基片110/210可以由电铸的镍制成。因为要加工元件承载表 面116/216 (与对立面相对)，所以本发明可以调整不同的基片厚度， 即使那些大于IO毫米的基片。也就是说，基片110/210的厚度范围可 以是0.01-2,0毫米和/或2.0-10.0毫米。主体基片110可以比其他基片 厚(如大约厚10.0毫米)。
0021加工基片表面116/216的目的是此表面局部区域上增加、移除、 或修改材料，或简化其上施加的局部压力、温度、或其他干扰。加工 的程度需足以使材料所承受的压力发生变化，以引起一个或多于一个 二面角的轻微变化。优选，在阵列表面116/216上的加工程度足够小， 以不损坏表面的平滑度、和/或形成元件120/220的边缘锐度、和/或与 其相邻的元件120/220。如图7所示，当在其上仍然附加电铸复制品 110/210时，可以在基片110/210的表面116/216上执行加工。
0022通过不同方法可以完成对阵列表面116/216的加工，包括对第 二表面施加能量、应用化学药品、或施加压力。例如，可以施加能量， 如电能或聚焦的热量，诸如通过红外线激光器。当施加压力时，压力 可以在材料质量不变的情况下使材料移动而使其产生局部膨胀。还可以使用粒子碰撞(如，非常轻的喷砂)。0023如图8中示意性显示，当在基片区域的第一表面的局部区域
130/230执行控制加工时，同时也在包括和围绕局部区域130/230的受 影响位置140/240中执行控制加工。位置140/240上的形成元件120/220 的变化通常不一致，并且其变化取决于与局部区域130/230之间的距 离。例如，在所图示说明的立方角示例中，接近局部区域130/230的形 成元件120/220，其二面角变化比远离局部区域130/230的形成元件 120/220的二面角变化大。
0024如上所指出的，可以在至少一个局部区域130/230上执行控制 加工。通常，在基片110/210的几个局部区域130/230上执行控制加工 步骤。基片表面116/216上的这些局部区域130/230和/或相互之间可以 是以预定的模式或半随机模式(如分布是统计控制的，但不是具体详 细控制)。此外或可选地，每个局部区域130/230上的控制程度可以相 同或不同。
0025应该明白本发明提供一种产生有畸变光学元件20的阵列18 的方法。尽管参考特定优选实施例对本发明进行显示和描述，但是很 显然本领域的其他技术人员基于对说明书的阅读和理解，可以对本发 明进行等效和显而易见的变动和修改。本发明包括所有此类变动和修 改，而且本发明的范围仅受权利要求限制。
0026光学元件是具有一个或多于一个光相互作用面的元件。
0027阵列是大量光学元件的排列。
0028微型光学元件是尺寸小于等于1毫米的光学元件。
0029立方角元件是包括相互交叉面(如三个交叉面)的元件，相 互交叉面具有二面角，每个二面角的角度大约是预定值(如90度)。
0030微型立方体是角立方体元件，其总立方体面积少于1平方毫 米。总的立方体面积是立方体形状包围的面积，该立方体形状由立方 角元件周边在主要折射光线方向的投影限定。
0031反向反射是优选反射光线接近沿与入射光线相反的方向返回 的反射，在多个不同的入射光线方向保持这种性质。反向反射器是产生反向反射的表面或装置。0032反向反射元件是产生反向反射的光学元件。
0033反向反射材料是具有反向反射元件连续层的材料。反向反射 膜是预组装为薄膜的反向反射材料。
0034照明轴是从反向反射器中心到光源点的半直线。光源点是照 明源的位置。反向反射器中心是反向反射器上的点或反向反射器附近 的点，其被指定为装置所在的位置。
0035入射角p是照明轴和反向反射器轴间的夹角。反向反射器轴是 从反向反射器中心沿照明方向间中心方向的半直线。
0036观察轴是从反向反射器中心到观察点的半直线。观察点是观 察者所处的位置。
0037发散角《是照明轴和观察轴间的夹角。这个角也被称为观察角。 反向反射器可以反射所有给定方向的照明光线。
0038旋转角f是从反向反射轴上的观察点逆时针测量的基准轴与观 察半平面之间的角，该角位于垂直于反光反射器轴的平面内。观察半 平面是起始于照明轴线并且包含观察轴的半平面。基准轴是指定的起 始于反向反射器中心并且垂直于反向反射器轴的半直线。基准半平面 是起始于反向反射器轴线并且包含基准轴的半平面。
0039总反向反射率是由光学装置反向反射的光线的百分比。
0040形成元件是用来形成光学元件的元件、或用来形成形成元件 以形成光学元件的元件，因而形成元件将具有与被形成的光学元件面 相应的面。
0041基片是具有表面的材料，该表面可以承载一个或多一个光学 元件、或一个或多于一个形成元件。
0042凸形光学元件是一种光学元件，其中该元件的面从基片的第 一表面向外凸出。
0043凹形光学元件是一种光学元件，其中该元件的面凹入基片的 第一表面。一种形成元件，其中该元件的面从基片的第 一表面向外凸出。
0045凹形形成元件是一种光学元件，其中该元件的面凹入基片的 第一表面。
0046承载凸形元件的基片厚度是从元件凸出的材料的厚度。承载 凹形元件的基片厚度是材料的总厚度。
0047复制是将一个基片上的形成元件通过电铸、浇铸、模制、模 压加工等方法复制到另一个基片上。
0048主体基片是在其上以非复制方式，例如切割或量度(ruling) 的方式，第一次形成形成元件的基片。
0049连锁复制是对通过复制源于原始主体(如主体基片)的复制 品，源于原始主体的复制品通过复制原始主体或多次复制原始主体产 生，然后不断复制产生一个或多于一个原始主体的复制品的复制品， 等等。
0050第一级复制品是具有形成元件的基片，该基片是直接复制主 体基片得到的。
0051第n级复制品是具有形成元件的基片，该基片是在连锁复制 中的第n个环节复制连锁复制中所述包含的原始主体和第n级复制间 的第n-l个中间复制链接品。例如，第3级复制品是复制第2级复制品， 其中第2级复制品是复制第1级复制品，第1级复制品是复制原始主 体。
0052生产工具是承载形成元件的工具，其用来形成光学元件。
0053畸变指的是光学元件的几何形状的微小变化。对于立体角元 件，其具体指的是元件的一个或多于一个二面角的微小变化，此变化 足以引起光学元件的平均几何发散发生变化或引起复制该光学元件所 形成的光学元件的平均几何发散发生变化。由畸变产生的角度变化通 常小于1度。动词畸变是指形成畸变。
0054畸变元件是一种光学元件或具有畸变的形成元件。0055控制加工是以与随机和/或无意方式相反的控制模式来进行增 加、移除、修改、扭曲、变形、或干扰。
0056局部区域是阵列中非常小的区域，可以在其上执行控制加工 (如可以在其上有效施加能量、应用化学药品、或施加压力)。
0057受影响位置是区域中包括和围绕局部区域的区域，其中在局 部区域中应用控制加工可以使元件发生畸变。
权利要求
1. 一种制备可畸变的光学元件(20)阵列(18)的方法，所述方法的步骤包括提供基片(110/210)，所述基片(110/210)具有在其上带有形成元件(120/220)的第一表面(116/216)，其中所述形成元件(120/220)的几何形状相当于模拟阵列(18′)中无畸变光学元件(20′)的几何形状；加工所述基片(110/210)的所述第一表面上的局部区域(130/230)，所述加工的程度足以使包括和围绕所述局部区域(130/230)的受影响位置(140/240)上的所述形成元件(120/220)发生畸变；将所述如此加工的基片(110/210)、或其一个或多个复制品组装到生产工具(M10)上；及使用所述生产工具(M10)形成反向反射元件(20)的阵列(18)。
2. —种制备产生可畸变光学元件(20)阵列(18)的工具的方法， 所述方法的步骤包括提供基片(110/210)，所述基片(110/210)具有在其上带有形成 元件(120/220)的第一表面(116/216)，其中所述形成元件(120/220) 的几何形状相当于模拟阵列(18"中无畸变光学元件(20')的几何 形状；加工所述基片(110/210)的所述第一表面上的局部区域(130/230)， 所述加工的程度足以使包括和围绕所述局部区域(130/230)的受影响 位置(140/240)上的所述形成元件(120/220)发生畸变；将所述如此加工的基片(116/216)、或其一个或多个复制品组装到 生产工具(M10)上。
3. —种制备基片(110/210)的方法，所述基片(110/210)用以组 装在生产工具(M10)上以制备可畸变光学元件(20)的阵列(18)， 所述方法的步骤包括提供基片(110/210)，所述基片(110/210)具有在其上带有形成元件(120/220)的第一表面(116/216)，其中所述形成元件(120/220) 的几何形状相当于模拟阵列(18')中无畸变光学元件(20')的几何 形状；及加工所述基片(110/210)的所述第一表面上的局部区域(130/230)， 所述加工的程度足以使包括和围绕所述局部区域(130/230)的受影响 位置(140/240)上的所述形成元件(120/220)发生畸变。
4. 根据前面任何一个权利要求所述的方法，其中所述的加工步骤 是控制加工步骤。
5. 根据前面任何一个权利要求所述的方法，其中执行所述的加工 步骤以便所述阵列(18)的平均几何发散比所述模拟阵列(18')的平 均几何发散大。
6. 根据前面任何一个权利要求所述的方法，其中执行所述的加工 步骤以便所述阵列(18)的总反向反射率至少是所述模拟阵列(18') 的总反向反射率的90%。
7. 根据前面任何一个权利要求所述的方法，其中所述阵列(18) 的总反向反射率至少是所述模拟阵列(18')的总反向反射率的94%。
8. 根据前面任何一个权利要求所述的方法，其中所述阵列(18) 的总反向反射率至少是所述模拟阵列(18')的总反向反射率的98%。
9. 根据前面任何一个权利要求所述的方法，其中所述光学元件 (20)是反向反射元件。
10. 根据前面任何一个权利要求所述的方法，其中所述光学元件 (20)是立体角元件。
11. 根据前面任何一个权利要求所述的方法，其中所述光学元件 (20)是微型光学元件。
12. 根据前面任何一个权利要求所述的方法，其中所述光学元件 (20)是微型立方体。
13. 根据前面任何一个权利要求所述的方法，其中所述加工步骤导 致一个或多于一个所述形成元件(120/120/220)的二面角不等于90度。
14. 根据权利要求1-13中任何一个所述的方法，其中所述基片 (110)是主体基片。
15. 根据权利要求1-13中任何一个所述的方法，其中所述基片 (110)是另一个基片(110/210)的复制品。
16. 根据权利要求1-13中任何一个所述的方法，其中所述基片 (210)是组装基片。
17. 根据前面任何一个权利要求所述的方法，其中当在所述基片 (110/210)仍然附加电铸复制品(110/210)时，可以执行所述加工步骤。
18. 根据前面任何一个权利要求所述的方法，其中所述加工程度足 够小以便基本上不损坏所述形成元件(120/220)的面(122/222)的平滑度。
19. 根据前面任何一个权利要求所述的方法，其中所述加工程度 足够小以便基本上不损坏所述形成元件(120/220)的边缘(126/226) 的锐度。
20. 根据权利要求1-19中任何一个所述的方法，其中所述基片 (110/210)的厚度范围大约是0.01-2.0毫米。
21. 根据权利要求1-19中任何一个所述的方法，其中所述基片(110/210)的厚度范围大约是2.0-10.0毫米。
22. 根据权利要求1-19中任何一个所述的方法，其中所述基片 (110/210)的厚度大于10.0毫米。
23. 根据权利要求1-22中任何一个所述的方法，其中所述基片 (110/210)是由金属制成。
24. 根据前面权利要求所述的方法，其中所述金属是电铸镍。
25. 根据权利要求1-22中任何一个所述的方法，其中所述基片 (110/210)是由塑料制成
26. 根据权利要求1-22中任何一个所述的方法，其中通过施加压 力完成所述加工步骤。
27. 根据前面权利要求所述的方法，其中所述施加的压力引起所述 基片(110/210)局部扭曲。
28. 根据权利要求1-22中任何一个所述的方法，其中通过施加能 量完成所述加工步骤。
29. 根据前面权利要求所述的方法，其中从施加激光能量和施加聚 焦热量中选择所述施加的能量。
30. 根据权利要求1-22中任何一个所述的方法，其中通过应用化 学药品完成所述加工。
31. 根据权利要求1-22中任何一个所述的方法，其中通过粒子碰 撞完成所述加工。
32. 根据前面任何一个权利要求所述的方法，其中所述加工步骤包括加工所述基片(110/210)的所述第一表面上的多个局部区域 (130/230)。
33. 根据权利要求32所述的方法，其中所述加工步骤的程度至少 在某些所述的多个局部区域(130/230)是相同的。
34. 根据权利要求32所述的方法，其中所述加工步骤的程度至少 在某些所述的多个局部区域(130/230)是不同的。
35. —种生产反向反射膜(10)的中间形成装置(110/210)，所述 装置(110/210)包括第一基片(110/210)和复制基片(110)，所述复 制基片(110)在所述第一基片(110/210)上电铸形成；其中所述第一基片(110/210)具有在其上带有形成元件(120/220)阵 列(18)的第一表面(116/216);所述形成元件(120/220)是可畸变的；及所述阵列(18)包括围绕局部加工区域(130/230)的位置(140/240)。
36. 反向反射膜(10)包括具有前表面(14)和后表面(16)的一 层材料(12)，可以在所述前表面和后表面上形成反向反射元件(20) 的阵列(18);至少一些反向反射元件(20)具有畸变以使所述阵列(18) 的平均几何发散比仅带有无畸变元件的模拟阵列(18')的平均几何发 散大。
37. 根据前面权利要求所述的反向反射膜(10)，其中所述阵列(18) 的总反射率至少是模拟阵列(18')的总反射率的90%。
38. 根据前面任何一个权利要求所述的反向反射膜(10)，其中所 述阵列(18)的总反射率至少是模拟阵列(18')的总反射率的94%。
39. 根据权利要求36-38中任何一个所述的反向反射膜(10)，其 中所述阵列(18)的总反射率至少是模拟阵列(18')的总反射率的98%。
全文摘要
一种制备可畸变的光学元件(20)阵列(18)的方法。该方法包括的步骤是提供具有第一表面的基片，控制加工基片第一表面上的局部区域；其中第一表面上带有形成元件。控制加工的程度足以使围绕局部区域的受影响位置上的一个或多于一个形成元件发生畸变。
文档编号G02B5/124GK101490584SQ200780027091
公开日2009年7月22日 申请日期2007年7月5日 优先权日2006年7月17日
发明者F·吴, K(·K)·黄, S·R·查普曼 申请人:艾利丹尼森公司