双轴定向反光制品的制作方法

专利名称：双轴定向反光制品的制作方法
发明的领域本发明涉及构成定向反光制品领域。尤其，本发明涉及能提供双轴定向反光、或三轴定向反光的所构成的定向反光制品。
背景物体及人体的夜间可见度一直是个问题，尤其对于诸如卡车和汽车之类的车辆操纵者而言更是如此。用来增加物体及人体的夜间可见度的途径可为被动式的也可主动式的。主动式系统是通过提供稳定光源、闪烁光源或稳定及闪烁光源的组合来提供能见度。虽然主动式系统确实是提供了能见度，但它们必须被给予能量、一般为电能后方能提供所需的光线。在能源无法被始终获得或被耗尽的情况下，光源将不再工作。因此，主动式系统很少见到它被用于提供物体及人体长时间的能见度的应用场合。
用于提供能见度的被动式系统包括漫反射器和定向反光器。定向反光器可将大部分的入射光线朝着诸如轿车或卡车的车头等之类的光源返回。定向反光器一般由多个珠子构成(参见例如4,025,159号(姆克格拉思(McGrath))；4,983,436号(贝利(Bailey)等人)及5,066,098号(库尔特(Kult)等人)美国专利)，或者它们可具有立体角单元(参见例如5,272,562号(科德尔(Coderre))和5,450,235号(史密斯(Smith)等人)美国专利)。在具有大量定向反光器的情况下，所返回的光线的数量可使定向反光制品表现出似乎它自己具有一光源一样，实际上只不过是从光源射在定向反光器的光线的至少一部分朝着光源返回而已。虽然定向反光器返回了大部分的光线，但入射光线一般是来自诸如车头灯之类的稳定光源。稳定的入射光线通常从定向反光器产生稳定的返回光线，即无法使返回光线的光强发生明显地变化。
发明概述本发明提供了双轴定向反光制品及其使用方法。双轴定向反光(也称作为二轴定向反光)具有多个优点，尤其当与三轴定向反光和/或闪烁反射一起使用时更加有利。
当定向反光制品结合了双轴定向反光和三轴定向反光时，该制品既能提供由制品的定向反光部分所提供的稳定发光，又能在来自双轴定向反光器的定向反光平面通过光源或其附近时提供间歇或闪烁定向反光。稳定及间歇照明的组合增加了其上设有定向反光制品的物体或人体的能见度。由于行人相对于例如汽车移动一般会使定向反光平面反复地通过车辆的光源，从而产生除稳定发光之外的一系列闪光，因此当将该定向反光制品设置在行人身上时，就更能体现此项优点了。
在另一种变化型式中，本发明提供包含了双轴定向反光结构以及闪烁反射结构的定向反光制品。所谓本发明所采用的“闪烁反射结构”，我们是指不具定向反光性能的反射结构。相反，闪烁反射结构一般将沿着光源之外的方向反射入射光线，从而提供可由例如汽车司机(实际上就是稍稍偏离车头灯的那个人)、或者相距光源一定距离的另一名观察者、诸如另一辆车上的司机所看到的闪烁效果。另外，闪烁反射还可以街灯、发光信号及其它光源的方式提供给汽车司机。因此，其上设有定向反光制品的物体或人体对于将光源对准定向反光制品或不对准定向反光制品的车辆操纵者以及其他观察者而言，其能见度增大了。
在一个方面中，本发明提供了一种定向反光制品，它具有至少一个小平面(facet)对，该小平面对具有位于垂直的小平面平面内的两个小平面，每一个小平面对的小平面平面沿着一条相交线相交；延伸到定向反光制品之外的一定向反光平面，该定向反光平面均垂直于两个小平面平面；由此所述定向反光制品在定向反光平面内呈现双轴定向反光；多个三轴定向反光结构，由此定向反光制品呈现来自该三轴定向反光结构的入射光线的三轴定向反光。
在另一个方面中，本发明提供了一种定向反光制品，它具有一完整的一件式实体；至少一个小平面对，该小平面对具有位于垂直的小平面平面内的两个小平面，每一个小平面对的小平面平面沿着一条相交线相交；延伸到定向反光制品之外的一定向反光平面，该定向反光平面垂直于每一个小平面平面；由此所述定向反光制品在定向反光平面内呈现双轴定向反光；形成在实体内的多个三轴定向反光结构，至少部分的三轴定向反光结构具有立体角定向反光单元，每个立体角定向反光单元含有会合于一顶点的三个彼此垂直的表面，由此该定向反光制品呈现来自该三轴定向反光结构的入射光线的三轴定向反光；以及通常极接近多个小平面对和多个三轴定向反光结构中至少一者的一着色介质。
在又一个方面中，本发明提供了一种定向反光制品，它具有至少一个小平面对，该小平面对具有位于垂直的小平面平面内的两个小平面，每一个小平面对的小平面平面沿着一条相交线相交；延伸到定向反光制品之外的一定向反光平面，该定向反光平面垂直于每一个小平面平面；由此所述定向反光制品在定向反光平面内呈现双轴定向反光；以及多个闪烁反射结构，每一个闪烁反射结构具有多个闪烁小平面对，每一个闪烁小平面对具有位于彼此不相垂直的闪烁小平面平面内的两个闪烁小平面，由此射到该闪烁反射结构上的入射光线从该定向反光制品反射。
在还有一个方面中，本发明提供了一种通过提供入射光线的间歇双轴定向反光来提高物体能见度的方法，该方法包括提供一定向反光制品，它具有至少一个小平面对，该小平面对具有位于垂直的小平面平面内的两个小平面，每一个小平面对的小平面平面沿着一条相交线相交，每一个小平面对限定延伸到该定向反光制品之外的一定向反光平面，该定向反光平面基本垂直于每一个小平面平面；由此该定向反光制品在定向反光平面内呈现双轴定向反光；将该定向反光制品设置在一物体上；使定向反光制品、光源和观察者中至少两者作相对运动，以使其中至少一个定向反光平面在接近观察者和光源处通过。
下面将进一步描述定向反光制品及其使用方法的这些及其它特点和优点。
附图简介

图1是本发明一种双轴定向反光体系的立体图。
图2是顺着线16所看到的图1所示体系的视图。
图3是图1所示双轴定向反光体系不同的立体图。
图4是顺着线16所看到的图3所示体系的视图。
图5是图3所示体系的立体图，它示出了由一给定的双轴定向反光小平面对的反射镜面所占据的体积。
图6是顺着双轴定向反光平面所看到的图2所示体系的视图。
图7a是本发明第一表面双轴定向反光制品的剖视图。
图7b是本发明第二表面双轴定向反光制品的剖视图。
图8是一种包含有诸倾斜的(canted)小平面对的双轴定向反光制品的剖视图。
图9是本发明一种双轴定向反光制品的立体图。
图10是图9所示双轴定向反光制品的一种使用方法的示意图。
图11是包含诸立体角定向反光单元的本发明一种双轴定向反光制品的平面图。
图12是沿图11中的线12-12所剖切的机加工图案的示意图。
图13是沿图11中的线13-13所剖切的机加工图案的示意图。
图14是沿图11中的线14-14所剖切的机加工图案的示意图。
图15是同时包含诸双轴定向反光小平面对和立体角定向反光单元的一种定向反光制品的一部分的平面图。
图15a是图15所示定向反光制品的一部分的放大图。
图16是沿图15中的线16-16所剖切的机加工图案的示意图。
图17是沿图15中的线17-17所剖切的机加工图案的示意图。
图18是沿图15中的线18-18所剖切的机加工图案的示意图。
图19是同时包含诸双轴定向反光小平面对和立体角定向反光单元的一种定向反光制品的一部分的平面图。
图20是沿图19中的线20-20所剖切的机加工图案的示意图。
图21是沿图19中的线21-21所剖切的机加工图案的示意图。
图22是沿图19中的线22-22所剖切的机加工图案的示意图。
图23是同时包含双轴定向反光小平面对和立体角定向反光单元的一种定向反光制品的一部分的平面图。
图24是顺着图23中的线24-24的方向所看到的、图23所示定向反光制品的侧视图。
图25是同时包含双轴定向反光小平面对和立体角定向反光单元的一种定向反光制品的一部分的平面图。
图25a是顺着图25中的线25a-25a的方向所看到的、图25所示定向反光制品的侧视图。
图26是同时包含双轴定向反光小平面对和三轴定向反光珠的一种定向反光制品的剖视示意图。
图27是本发明一种定向反光制品的平面图。
图28是同时包含双轴定向反光小平面对和/或闪烁反射单元的一种定向反光制品的一部分的平面图。
图29是同时包含双轴定向反光小平面对和闪烁反射小平面的一种定向反光制品的一部分的平面图。
图30是顺着图29中的线30-30的方向所看到的、图29所示定向反光制品的放大剖视图。
较佳实施例的详述本发明依赖于双轴定向反光以增加能见度。该双轴定向反光可单独使用或与三轴定向反光、闪烁反射和/或镜面反射结合在一起使用。
本发明依赖于通常为反射子集的定向反光。反射现象可分为三种基本类型、即镜面反射、漫反射及定向反射。镜面反射与例如普通的镜子有关，而漫反射则与例如白漆表面等有关。当入射光线从一物体朝着光源定向反射或接近定向反射回来时，就发生了定向反射。
定向反光(定向反射)自身可分为两种类型、即立体或三轴定向反光和双轴或二轴定向反光。术语“定向反光”大多数情况下是指三轴定向反光。该三轴定向反光可由众多光学结构提供。两种普通的三轴定向反光结构一般称之为立体角单元或珠状定向反光器。此类定向反光器的特征已被广泛研究及发表，因此在这里就不再详细描述了。然而，简单地说，三轴定向反光器将至少一部分位于绕该定向反光器的光轴定位的定向反光“锥体(cone)”之中的入射光线进行定向反射。定向反光锥体的尺寸及形状均可改变，并且光轴可向由定向反光结构所控制的一个方向或另一个方向偏斜，这些变化也会为本技术领域中的那些熟练人员所知。但至少三轴定向反光器可将至少一部分来自沿相对于定向反光器光轴的任何方向移动的光源的入射光线进行定向反射。
双轴或二轴定向反光是为本发明所用的、以增加定向反光制品能见度的另一种有用的现象。应当理解的是，尽管提供所需双轴定向反光能力的任何结构均可取代所揭示的结构及物体，但下面将参照一种结构来描述双轴定向反光。
图1是本发明一种双轴定向反光制品10的立体图。该定向反光制品10具有一排包含有形成在该定向反光制品10的一表面内的两个相对小平面14a和14b的定向反光小平面对12。该小平面14a和14b较佳地分别位于相互垂直的小平面平面15a和15b内。因此，各小平面对12内的小平面14a和14b构成90度夹角θ。
在图1所示实施例中，小平面14a和14b沿一相交线16会合或相交。但应理解的是，在小平面对12被考虑截头(下文将作更全面地叙述)的情况下，小平面14a和14b未到达相交线16就终止了。在定向反光制品10中，相邻小平面对12沿峰线18会合，其中该相邻小平面对12中的相邻小平面相交。
定向反光制品10中的每一个小平面对12以及它们的取向提供了双轴定向反光。参照图2和图3可很清楚地说明双轴定向反光原理，其中图2是顺着相交线16和峰线18所看到的定向反光制品10的视图，图3是不同于图1中所示的、定向反光制品10的立体图。所谓双轴定向反光，我们是指每一个小平面对12将定向反射入射光线，该入射光线沿着与给定小平面对12中的小平面14a和14b均垂直的定向反光平面20朝着小平面对12传播。因而，定向反光平面20还与由小平面对12所形成的相交线16相垂直(要理解的是，倘若小平面14a和14b不实际相交的话，则相交线16可为假想线)。因此，小平面对12将定向反射沿着定向反光平面20射到小平面14a和14b上的有效数量的光线，并且该被定向反射的光线还将沿着定向反光平面20传播。接近定向反光制品10、但偏离如平面20之类的定向反光平面的光线一般不会被定向反射。
双轴定向反光还具有如图3～6中所示的一镜面分量，其中定向反光制品10由一平面制品来表示以简化图示(即，不用图1和图2中所示的各个小平面对12来表示)。图3是图1和图2所示体系的立体图，而图4则是顺着图3中的线4-4所看到的该定向反光制品10的视图。除如上所述在定向反光平面20内提供双轴定向反光之外，该定向反光制品10的每一个小平面对12也可提供反射镜面22a、22b和22c(统称为22)。每一个小平面对12的反射镜面22是由每一个小平面对12的相交线16所限定的。换句话说，相交线16位于给定小平面对12的每一个反射镜面22内。虽然图3和图4中仅仅绘出了三个反射平面22a、22b和22c，但实际上定向反光制品10将呈现从每一条相交线16所发出的多个反射镜面22以及由所有的反射镜面22所占据的空间。该空间可被描绘成如图5所示的、其半径为无穷大的一圆柱体的一段或一部分。坐落在该空间内、且包含有所有相交线16的任一平面是给定小平面对12的一反射镜面22。
图6是顺着图3中的线6-6所看到的定向反光制品10的视图，其中双轴定向反光平面20与定向反光制品10(在图6中仍然用一直线来表示)一同被绘成了一条直线。沿着任一反射镜面22入射在定向反光制品10上的光线沿着镜面22以角度α定向反射，该角度α与入射角β大小相等但方向相反。图6含有一光源24和一名观察者26，两者皆不位于给定小平面对的双轴定向反光平面20上。但光源24和观察者26均位于同一反射镜面22上。另外，观察者26位于与双轴定向反光平面20成角度α的上方，而光源24则位于与该平面20成与角度α大小相等的角度β的下方。因此，来自光源24的光线将偏离定向反光制品10朝着观察者26反射。
呈现双轴定向反光性能的定向反光制品10可与移入到限定定向反光平面20的两条轴线内的诸光源及观察者一起良好地配合工作。因此，双轴定向反光也可被称之为二轴定向反光。在第三轴、即偏离定向反光平面20的任何移动将使光线沿离开光源的方向反射。然而，倘若观察者和光源均如上所述位于其中一反射镜面内、并且以大小相等但方向相反的角度分别位于定向反光平面20的上方及下方，那么观察者将感受到从光源入射在定向反光制品10上的光线的亮反射。从反射镜面22中所看到的反射并没有像传统的三轴定向反光中的反射那样扩散成一锥体，因此，镜面内的反射比三轴定向反光器中的典型定向反光要亮。
参照图6来说明双轴定向反光的间歇性。定向反光制品10相对于一固定点的移动使得定向反光平面20移动。例如，倘若光源24和观察者26在定向反光制品10移动的同时保持在固定(但不同)的位置上、并且还位于镜面22内，则定向反光平面20可间歇地经过观察者26或其附近。在当以上所列的条件皆被满足的那些情况下、即当光源24和观察者26以大小相等但方向相反的角度分别位于定向反光平面20的上方及下方、并且还均位于反射平面22上时，观察者26将感受到入射光线的闪烁或间歇反射。对于当光源24和观察者26非常接近(或者当定向反光制品10与观察者26之间的距离很大)的那些情况，当定向反光平面20经过观察者26时，该观察者26也可感受到间歇定向反光。
在定向反光制品10固定不变(从而使其定向反光平面20和反射镜面22也固定不变)的情况下，观察者26也可感受到间歇反射或定向反光。在这种状况下，当光源24极接近观察者26、或者倘若光源24和/或观察者26离开定向反光制品10较大距离时，该观察者26通过移入及移出定向反光平面20可感受到间歇定向反光。倘若光源24和观察者26变成为位于其中一反射镜面22内、且以大小相等但方向相反的角度位于双轴定向反光平面20的上方及下方，则观察者可感受到间歇反射。
到目前为止的描述集中于双轴定向反光制品10的小平面对的例如14a和14b的小平面表面。应当理解的是，双轴定向反光可通过第一表面反射或第二表面反射来实现。图7a和图7b示出了这些原理。如图7a所示，当入射光线从它所射到的第一表面进行反射时发生第一表面反射。如图7b所示，当光线从它所射到的第二(或第三、第四等)表面进行反射时发生第二表面反射。在第一表面反射中，定向反光制品的本体30a位于反射表面的后面，而在第二表面反射中，入射光线穿过第一表面32(此时该光线一般被折射)，通过本体30b传播并射到第二表面上，此时该光线被反射。第二表面上的反射可通过采用反射材料、内部总反射或者其组合来实现。无论是第一表面反射还是第二表面反射(或者其组合)均可被用在制造本发明定向反光制品的制造中。
虽然最佳的定向反光结构应当是能将所有的反射光线以180度返回至入射光线，但那些本技术领域中的熟练人员应该理解的是，也可在返回光线的方向内作些细小改动。换句话说，返回光线可沿着、例如与入射光线的路径构成178度或181度角的路径进行传播。通过使小平面对的取向有所偏移可进行这些改动，例如，小平面对制造中的不一致可使它们从最佳的垂直取向发生细微的变化、或者有意引入到小平面对的设计中的诸变化可使至少某些小平面对从最佳的垂直取向发生细微变化。然而，返回光线一般应落在一可用角度范围内。事实上，该定向反光“范围”可能在例如观看者和光源不在同一点上、诸如在车辆中、其中车头灯作为光源来控制、而司机的眼睛则离开光线一定距离的情况下是有利的。当与本发明一起使用时，定向反光将同时包含最佳定向反光以及不良定向反光，返回光线的有效部分通常射向入射光线的光源或附近。
可使用在本发明双轴定向反光制品中的另一种变型是采用倾斜或偏斜的小平面对。正如立体角定向反光单元可倾斜的那样，应当理解的是，双轴定向反光制品中的小平面对的诸小平面也是可倾斜的。在双轴定向反光制品中，小平面的倾斜引起入射角作用范围的变化，小平面对在该作用范围中将在它们相应的双轴定向反光平面内定向反射。图8所示的剖视图中绘出了具有对称(即非倾斜)及倾斜的小平面对的一种定向反光制品60的实例。由于小平面62a和62b的大小相等且关于它们的相交线对称，因此小平面62a和62b被称作为对称的。角度δ表示作用范围，小平面62a和62b可在该作用范围内定向反射光线。如图8所示，小平面64a和64b向左倾斜，因此，它们的作用范围由图8中的角度ε来表示。该范围与小平面64a和64b一样朝左偏斜或倾斜。小平面66a和66b向右倾斜，因此，它们由角度φ所表示的作用范围也向右倾斜。小平面66比小平面64要倾斜得更为利害些，因此就形成更为倾斜的作用范围。虽然图8示出了倾斜及对称的小平面对的一种组合，但应当理解的是，可在本发明的双轴定向反光制品中采用倾斜的小平面对或倾斜及对称的小平面对的多种不同组合，以便获得所需的性能参数。
现在将描述多种定向反光制品，从而示出本发明双轴定向反光制品的原理及特性。然而，应当理解的是，本发明并不局限于这里所描述的图示实施例。
上述定向反光制品仅包含从一组小平面对发出的一组平行的双轴定向反光平面。图9则示出了根据本发明制造的另一种双轴定向反光制品130，它具有两个双轴定向反光平面120a和120b。定向反光制品130具有一排由小平面114a、114b、114c和114d所构成的金字塔状结构。每个金字塔的小平面114会合于一顶点119。为清楚起见，使延伸到定向反光制品130之外、即朝着观看者延伸的每个顶点119呈圆形，而制品130内的那些凹部则不呈圆形。在其余的附图中将一直保持这个习惯。
定向反光制品130具有第一相交线116a，第一组小平面114a和114b关于该相交线定位，其中小平面114a和114b被设置在垂直平面内。因此，第一组反射小平面114a和114b以上述同一方式限定了第一双轴定向反光平面120a。该定向反光制品130还具有第二相交线116b，第二组小平面114c和114d关于该相交线定位，其中小平面114c和114d被设置在垂直平面内。因此，第二组反射小平面114c和114d限定了第二双轴定向反光平面120b。由于相交线116a和116b彼此垂直，因此两个双轴定向反光平面120a和120b也彼此垂直，但应理解的是，平面120a和120b不一定要相互垂直。
图10中示出了使用该双轴定向反光制品130的方法，其中该制品130绕穿过制品130表面的轴线129旋转，小平面114位于该制品表面内。图10中还示出了双轴定向反光平面120a和120b，以示出当定向反光制品130绕轴线129旋转时，那些平面120a和120b也绕该轴线129旋转。因此，平面120a和120b也通过光源124和观察者126，从而提供在光源124和观察者126相当接近的情况下可由观察者126所感受到的、来自光源124的光线的间歇定向反光。虽然为清楚起见未予以示出，但应当理解的是，定向反光制品130具有同样可与其一起旋转、并经过光源124和观察者126的反射镜面，从而提供可由观察者126所感受到的、来自光源124的光线的间歇反射。图10中所示的使用方法尤其适用于诸如车轮等之类的任何旋转物体中，以提高旋转物体的能见度。
图11是根据本发明制造的另一种定向反光制品230的平面图。该定向反光制品230既有定向反光小平面对、又有定向反光立体角单元，以同时提供双轴定向反光和全三轴定向反光。定向反光制品230具有由形成在定向反光制品230表面内的诸相对小平面242和244所形成的多对小平面对240。该小平面242和244较佳地位于彼此垂直的小平面平面内。因此，每一个小平面对240中的小平面242和244形成90度夹角。在图10所示实施例中，小平面242和244沿一相交线246相交。但应当理解的是，在小平面对240被考虑截头(下文将作更全面地叙述)的情况下，小平面242和244未到达相交线246就终止了。在定向反光制品230中，相邻小平面对240沿一谷线248会合，其中相邻小平面对240中的相邻小平面相交。定向反光制品230中的多个小平面对240如上所述提供了双轴定向反光能力。
定向反光制品230具有形成在相邻线对234和236之间的四个区域或部分232。在四个部分232的各组相交处形成有两个立体角定向反光单元250，每个立体角定向反光单元具有会合于顶点258的三个基本相互垂直的表面252、254和256。由于立体角单元250的确切结构及操作细节已为立体角定向反光单元领域中的那些熟练人员所熟知，因此这里就不再详细叙述这些内容了。
属那些结构细节之列的是倾斜立体角定向反光单元250的光轴。一般而言，图10中所示的立体角定向反光单元250具有与定向反光制品230的平面相垂直的光轴。类似地，双轴定向反光小平面对240也可被偏斜(下文将作更全面地叙述)。然而，已知立体角定向反光单元结构中的变化可使给定的立体角定向反光单元的光轴偏斜或移动。例如，美国专利4,588,258号(胡普曼(Hoopman))中提供了一个实例。本发明应当被考虑具有这样一种定向反光制品，它同时具有倾斜的立体角定向反光单元以及那些具有“垂直”光轴的立体角定向反光单元。还可被考虑在本发明范围之内的是具有被修整的分叉(divergence)轮廓的定向反光立体角单元阵列，例如在美国专利4,775,219号(阿佩尔多恩(Appeldorn)等人)中对此有所论述。
立体角定向反光单元250在制品230中所起的作用是它们能以三轴定向反射接近制品230的光线。换句话说，一光源可沿相对于定向反光制品230的任何轴线进行设置，单元250则将定向反射至少部分的来自该光源的入射光线(具有为本技术领域中的那些熟练人员所知的某些限制)。因此，立体角定向反光单元250将定向反射同样为双轴定向反光小平面对240所定向反射的光线。然而，更重要的是，该立体角定向反光单元250还将定向反射来自未置于该定向反光平面内的一光源的光线，即当小平面对240没有进行定向反光时，该立体角定向反光单元仍能进行定向反光。
双轴定向反光小平面对240与三轴定向反光立体角单元250的组合结果是定向反光制品230既能以稳定形式从立体角定向反光单元250定向反射光线，又能定向反射沿定向反光平面入射的光线。实际结果是当定向反光制品230相对于光源移动时，该定向反光制品230对于一稳定或不变化的光源而言将呈现出来自立体角定向反光单元250的稳定定向反光，并且当定向反光平面经过光源时，将呈现出来自小平面对240的闪烁或间歇定向反光。稳定定向反光和间歇定向反光的组合可显著提高定向反光制品230所处物体的能见度。
图12～14示出了可机加工成一实体以直接机加工一定向反光制品230或形成用于复制多个定向反光制品230的一模具的切槽或沟槽。图12示出了沿着线234形成在定向反光制品230内的彼此隔开的沟槽260 。图13示出了沿着线236形成在定向反光制品230内的彼此隔开的沟槽262。图14示出了沿着相交线246和谷线248形成在定向反光制品230内的沟槽264。用于形成沟槽264的工具最好具有呈90度角的尖端，以便形成小平面对240中的垂直小平面242和244。根据为本技术领域中的那些熟练人员所知的立体角定向反光单元250的要求来决定线234、236和246之间的角度关系。
通过改动本发明定向反光制品的设计可将双轴定向反光与三轴定向反光的比例调节至所需比例。改变双轴定向反光与三轴定向反光的比例的一种方法是改变由采用在本发明定向反光制品中的立体角定向反光单元所占据的定向反光制品的表面积。图15～18示出了本发明另一种定向反光制品330的设计，它具有较大面积的立体角定向反光单元350。因此，虽然定向反光制品230的间歇定向反光的光强要大于定向反光制品330所呈现出的光强，但是定向反光制品330一般将发出比定向反光制品230更亮的光。
从图15中可以清楚地看到，定向反光制品330具有由形成在定向反光制品330表面内的诸相对小平面342和344所形成的多个小平面对340。该较佳的小平面对340如上所述提供了双轴定向反光能力。小平面342和344较佳地位于彼此垂直的小平面平面内。因此，每一个小平面对340中的小平面342和344形成90度夹角。在图15所示实施例中，小平面342和344沿一相交线346相交。但应当理解的是，在小平面对340被考虑截头(下文将作更全面地叙述)的情况下，小平面342和344未到达相交线346就终止了。在定向反光制品330中，相邻小平面对340沿一谷线348会合，其中相邻小平面对340中的相邻小平面相交。
图15所示的定向反光制品330具有形成在相邻线对334和336之间的四个区域或部分332。在四个部分332的各组相交处形成有两个立体角定向反光单元350，每个立体角定向反光单元具有会合于顶点358的三个基本相互垂直的表面352、354和356。由于立体角单元350的确切结构及操作细节已为立体角定向反光单元领域中的那些熟练人员所熟知，因此这里就不再详细叙述这些内容了。立体角定向反光单元350在制品330中所起的作用是它们能以三轴定向反射光线。换句话说，一光源可相对于定向反光制品330沿任何轴线进行移动，单元350则将定向反射来自该光源的入射光线(具有为本技术领域中的那些熟练人员所知的、对作用范围的某些限制)。因此，立体角定向反光单元350将定向反射同样为双轴定向反光小平面对340所定向反射的光线。然而，更重要的是，该立体角定向反光单元350还将定向反射来自未置于该定向反光平面内的一光源的光线，即当小平面对340没有进行定向反光时，该立体角定向反光单元仍能进行定向反光。
如关于定向反光制品230所论述的那样，双轴定向反光小平面对340与三轴定向反光立体角单元350的组合结果是定向反光制品330既能以稳定形式从立体角定向反光单元定向反射光线，又能定向反射沿定向反光平面入射的光线。实际结果是当定向反光制品330相对于光源移动时，该定向反光制品330对于一稳定或不变化的光源而言将呈现出来自立体角定向反光单元350的稳定定向反光，并且当定向反光平面移动时，将呈现出来自小平面对340的闪烁或间歇定向反光。稳定定向反光和间歇定向反光的这种组合可显著提高定向反光制品330所处物体的能见度。
虽然双轴定向反光与三轴定向反光的比例差异如上所述通常是以分配给双轴及三轴定向反光结构的表面积的相对数量为基础的，但应理解的是，仅由表面积可能并不能完全表示由任何给定的定向反光制品所呈现出的双轴定向反光和三轴定向反光的相对数量。例如，图15a是定向反光制品330的部分放大图。该定向反光制品330具有定向反光立体角单元350和双轴定向反光小平面对340。在某些情况下，小平面对340的表面可结合以形成一种三轴定向反光结构。例如，小平面92、94和96相互垂直，并在某些情况下可提供三轴定向反光(如同一立体角单元一样)。尽管该定向反光结构可能受到限制，但它们仍然会是无法仅仅根据表面积的计算结果来确定的某些三轴定向反光源。
图16～18示出了可机加工成一实体以直接机加工一定向反光制品330或形成用于复制多个定向反光制品330的一模具的切槽或沟槽。图16示出了沿着线334形成在定向反光制品330内的彼此隔开的沟槽360。图17示出了沿着线336形成在定向反光制品330内的彼此隔开的沟槽362。图18示出了沿着相交线346和谷线348形成在定向反光制品330内的沟槽364。用于形成沟槽364的工具最好具有呈90度角的尖端，以便形成小平面对340中的垂直小平面342和344。
图19～22示出了本发明另一种双轴定向反光制品430，其中设有两个定向反光平面以及三轴定向反光。该定向反光制品430提供由定向反光制品430内的线434和438所限定的两个定向反光平面以及来自定向反光立体角单元450的三轴定向反光。
第一定向反光平面垂直于线434，并设有多个位于每一个相邻线对434之间的小平面对。例如，小平面472和476构成提供第一定向反光平面内的双轴定向反光的一小平面对。
第二定向反光平面垂直于定向反光制品430中的线438，并设有多个位于每一相邻线对438之间的小平面对。例如，小平面470和474构成提供第二定向反光平面内的双轴定向反光的一小平面对。
由小平面470、472、474和476所构成的结构呈金字塔状，并且观察定向反光制品430可看到在整个定向反光制品430中具有多个相似结构。
定向反光制品430提供有来自多个具有顶点458(如图19所示)的定向反光立体角单元450的三轴定向反光。该立体角单元450是沿着由线436所表示的诸沟槽的一侧所形成的。
定向反光制品430还具有三面体结构480，该三面体结构不是三轴定向反光，它们穿过线436分别与各定向反光立体角单元450直接相对。由于表面480、482和484并非相互垂直，因此该结构480不是三轴定向反光。因而，那些结构480不是三轴定向反光，但它们反射入射光线，因此就有助于由本发明的某些定向反光制品所呈现出来的闪烁作用。表面480、482和484中的两个表面可彼此垂直，因此，它们可构成有助于制品430的能见度的一附加的双轴定向反光平面。
图20～22示出了可机加工成一实体以直接机加工一定向反光制品430或形成用于复制多个定向反光制品430的一模具的切槽或沟槽。图20示出了沿着线434形成在定向反光制品430内的彼此隔开的沟槽460。图21示出了沿着线438形成在定向反光制品430内的彼此隔开的沟槽462。图22示出了沿着线436形成在定向反光制品430内的沟槽464。用于形成沟槽460和462的工具最好具有呈90度角的尖端，以便形成位于线434和438之间的小平面对中的垂直小平面。
图23和图24示出了根据本发明制造的另一种实施例的定向反光制品530。该定向反光制品530提供三轴定向反光、双轴定向反光及入射光线的透射。多个定向反光立体角单元550提供三轴定向反光，同时小平面对540则在与形成小平面对540的小平面相垂直的一平面内提供双轴定向反光。入射光线的透射是由位于小平面对540与定向反光立体角单元550之间的分隔表面590所提供的。该分隔表面590较佳地增加定向反光制品内的光线透射或透明度。例如，可透射的分隔表面590尤其适用于诸如信号或自动信号灯反射器之类的内部照明装置。尽管如图所示，该分隔表面呈平面，但应理解的是，它们也可呈曲面和/或具有一漫反射表面及其它特性。该分隔表面590可由包括用具有一平整或弯曲的尖端的工具来直接机加工定向反光制品530在内的多种方法来形成。
除分隔表面之外，本发明的定向反光制品还可具有截头结构边缘(诸如那些由小平面对所形成的)以及截头立体角单元。应当认识到的是，本发明的定向反光制品也可包含其它结构特征，而且这些组合并不局限于图中所示的诸实施例中的特定组合。
图25和图25a示出了根据本发明所制造的另一种实施例的定向反光制品630。在该定向反光制品630中，双轴定向反光小平面对640的段部632是沿着相交线646所形成的。双轴定向反光小平面对640的每一个段部632是由具有顶点658的三轴定向反光立体角单元650的段部634所分隔的。
定向反光制品630可通过在平面内进行开槽来形成，其中小平面对640位于定向反光立体角单元650所在平面的下方。构造用于形成定向反光制品630的模具的一种方法应该包括形成立体角单元650，接着再去除段部632内的材料而在该段部632内形成小平面对640。
定向反光制品630以及其它既包括双轴定向反光、又包括三轴定向反光的定向反光制品可由上述的一单个工具来形成。形成诸如制品630之类的复合定向反光制品的其它方法可包括由两个段部632和634中的各个段部所制成的铺设(tiling)工具以形成一单件复制工具。或者，段部632和634可从仅仅具有双轴定向反光结构(对于段部632)的较大的片材或制件、以及仅仅具有三轴定向反光结构(对于段部634)的其它较大的片材或制件形成或切割而成。然后可对那些分离的部件加以铺设，以便通过例如用一单张覆盖薄膜来层叠这些部件而形成一单件定向反光制品630。在其它方法中，可通过焊接或某些用于连接诸段部以形成所需组合物的其它方法来连接段部632和634。
虽然对同时提供双轴及三轴定向反光的定向反光制品的论述集中于采用与双轴定向反光结构相结合的定向反光立体角单元上，但还应当理解的是，本发明的定向反光制品还可依赖于珠状定向反光单元，以提供与双轴定向反光结构相结合的三轴定向反光。还应理解的是，珠状定向反光单元还可与隶属于本发明范围之内的其它的三轴定向反光结构以及双轴定向反光结构相结合。
图26中示出了珠状定向反光单元与双轴定向反光结构的一种组合实例一一定向反光制品730。该定向反光制品730具有双轴定向反光小平面对740以及位于设置在定向反光制品730表面上的粘合材料760中的三轴定向反光珠750。如果需要的话，定向反光制品730还可具有位于定向反光珠750与粘合材料760之间的反射材料752。用于定向反光珠750、可选用的反射材料752及粘合材料760的实际材料已为本技术领域中的熟练人员所知，因此这里就不再叙述了。例如，在4,025,159号(姆克格拉思(McGrath))；4,983,436号(贝利(Bailey)等人)；以及5,066,098号(库尔特(Kult)等人)美国专利中论述了若干种具有代表性的珠状三轴定向反光体系。
双轴定向反光结构与三轴定向反光结构的组合除了能提高总的能见度之外还能提供许多优点。例如，最好形成如图27中所示的一种复合定向反光制品830，其中在区域832上设置大致均为三轴定向反光的结构，以便能响应来自例如车头灯的入射光线而稳定发光。相反，在由数字字母所构成的区域834上设置大致均为双轴定向反光的定向反光器，以使由区域834所形成的信息或图像能响应入射光线而呈现闪烁定向反光。
图28示出了本发明另一种实施例一一双轴定向反光制品930。该定向反光制品930提供双轴定向反光及镜面反射。该定向反光制品930还可与上述诸实施例一样提供三轴定向反光。在该实施例中，定向反光制品930提供有由一表面内的三条切槽或沟槽所形成的不对称三棱体。所有的切槽或沟槽最好由一种90度工具来形成，以便由该工具所形成的任何小平面均垂直，并产生小平面对以及构成上述定向反光平面的相交线。
图28中示出了一组相交线934。沿着该线934所形成的小平面942和943是垂直的，由此构成多个小平面对。线936在定向反光制品930内构成另一组相交线。小平面944和945是沿着线936所形成的，并位于垂直平面内。但该小平面944和945并不关于线936对称。因此，入射光线可偏离其中一个小平面944反射，并由可垂直或不垂直于入射小平面的一小平面946进行反射。倘若小平面944和946彼此不垂直的话，则该入射光线沿某一非定向反光方向进行反射，从而带来上述的闪烁效果。倘若小平面944和946彼此垂直的话，则它们还可建成另一个双轴定向反光平面。
线938在该定向反光制品930中构成另一组相交线。小平面946和947是沿着线938所形成的，并位于垂直平面内。但该小平面946和947并不关于线938对称。如上所述，入射光线可偏离其中一个小平面946或947反射，并由可垂直或不垂直入射小平面的一小平面进行反射，从而增加了由制品930所提供的闪烁反射效果、或者建成另一个双轴定向反光平面。
要重点关注的是，形成在定向反光制品930内的非对称小平面对、即944/945和946/947可实现两个功能。它们不仅提供入射光线的双轴定向反光，而且还提供可同样构成为本发明的一部分的闪烁反射结构。
图29和30示出了本发明另一种实施例一一定向反光制品1030。该定向反光制品1030具有一系列类似于上述定向反光制品中所发现的小平面1002-1016。该小平面1002-1016可如上所述涂上一层反射材料1020。该定向反光制品1030具有两对双轴定向反光小平面1002/1004和1014/1016，每一对小平面构成90度夹角γ，以提供双轴定向反光能力。
定向反光制品1030还具有小平面1006、1008、1010和1012，虽然它们能反射，但却并不具有小平面对1002/1004及1014/1016所具有的双轴定向反光能力。由小平面1006和1008所构成的夹角η大于90度，并且形成在小平面1010和1012之间的夹角ω小于90度。因此，小平面1006/1008和1010/1012构成能反射入射光线、但却不像双轴或三轴定向反光结构那样定向反射入射光线的闪烁反射小平面对。较佳地，该闪烁反射小平面对通常不像双轴定向反光小平面对那样垂直，用以避免形成双轴定向反光小平面对。在一较佳实施例中，闪烁小平面对将构成大于80度且小于100度的夹角。
本发明的定向反光制品可通过采用由包括那些典型地称作为销接(pinbundling)及直接机加工在内的多种不同的方法所形成的模具进行复制来制造的。利用销接制造的模具是通过将各个销钉组装在一起所制成的，它们各具有一端部，该端部的形状具有定向反光制品所需的特征。例如在3,926,402号(希南(Heenan)等人)美国专利、423,464号及441,319号(勒雷(Leray))英国专利中描述了销接实例。直接机加工技术(某些时候被称作为刻线)包括切割实体的诸部分以形成相交的沟槽图案，从而构成定向反光结构。在3,712,706号(施塔姆(Stamm))；4,349,598号(怀特(White))；4,588,258号(希南(Hoopman))；4,895,428号(尼尔森(Nelson)等人)；4,938,563号(尼尔森(Nelson)等人)的美国专利中描述了此类刻线、刨削及铣削技术的实例。虽然这里描述的本发明定向反光制品通常由通过直接机加工所形成的模具来进行制造的，但应理解的是，还可采用任何其它适当的方法。
本发明的定向反光制品可具有大型或微型结构(或两者的组合)，并且在任何一种形式中一般均能呈现出上述定向反光及反射特性。大型结构制品可由多种不同的材料来构成，并根据所需的制品应用场合或使用情况而具有任何适当的尺寸。微型结构的制品一般具有较小的小平面对，虽然在某些情况下最好提供大约每厘米28对或更多的小平面对(大约每英寸70对小平面对)，但最好还是大约每厘米16对或更多的小平面对(大约每英寸40对小平面对或更多)。更有利的是，在某些状况下，采用包括上述结构的细微结构的薄片。更佳地，该细微结构的薄片可为柔性薄片，例如在4,906,070号(小库勃(Cobb))美国专利中对此有所论述，以便于其连接或适应例如不平整的表面、曲面、衣物、鞋具等。
虽然本发明的定向反光制品一般由尺寸稳定、耐用耐磨且易于复制成所需结构的透明材料制成，但还有其它适当的材料可用于本发明定向反光制品。适当材料的例子包括玻璃、具有大约1.5折射系数的丙烯酸(acrylics)(例如来自Rohm & Haas公司的PLEXIGLASS牌树脂)、具有大约1.59折射系数的聚碳酸酯、聚乙烯基离聚物(例如来自E.I.杜邦(DuPont)de Nemoursand有限公司的SURLYN牌)、聚酯、聚亚胺酯(polyurethane)以及醋酸纤维素丁酸盐(butyrate).其它的例子包括诸如那些在4,576,850；4,582,885及4,668,558号美国专利中所提及的活性材料。
由于聚碳酸酯具有韧性、温度稳定性以及当采用第二表面反射器时通常有助于改善整个入射角大范围内的定向反光性能的较高折射系数(大约1.59)，因此它尤其适用于透明制品。折射系数越高，则能提供越大的折射差系数，从而提高结构表面上的内部总反射。在某些情况下、即当采用例如分隔表面或截头结构来使光线通过定向反光制品透射的情况下，最好是采用具有较低折射系数的材料，从而改善通过制品透射的光线范围。例如，当透射显得较为重要时，丙烯酸(具有大约1.5折射系数)可提供诸特性的有利组合。用于形成定向反光制品的材料还可包括紫外线稳定剂或其它添加剂，用以改善它们的耐磨性、耐用性、韧性或者任何其它所需的特性。
另外，虽然透明材料更适用于制造本发明的定向反光制品，但应理解的是，本发明的第一表面定向反光制品也能由可具有用以提高其反射特性的一反射涂层的不透明材料来制得。此类涂层可包括金属或绝缘介质叠层(stack)。另外，平坦的透明材料可被局部或整体涂上用以提高其反射率的材料，并且此类组合可用于本发明的第一表面定向反光制品或第二表面定向反光制品。
由于具有双轴定向反光结构和三轴定向反光结构的定向反光制品提供双重定向反光特性，因此较有利的是向本发明的定向反光制品提供一种或多种染料、着色剂或颜料，从而提高定向反光制品的能见度。如这里所使用的那样，术语“着色介质”将用来称呼用于使本发明的定向反光制品发生可视的颜色变化的任何染料、着色剂、颜料等。
在一实例中，上述如图25中所示的定向反光制品630可被设置成被铺设在一起、以形成完整的定向反光制品630的一段部组合体。提供双轴定向反光的段部632可设有一覆盖薄膜，该薄膜中被加入一种着色介质或在其上印有一种着色介质。或者，也可在定向反光制品630硬化之前，将着色介质加入到形成该定向反光制品630的段部632的材料之中去。采用覆盖薄膜以使定向反光结构密封并向其提供颜色、以及将着色介质加入到反射结构中去已均为本技术领域中的熟练人员所知，因此这里就不再叙述了。
与由小平面对640所提供的双轴定向反光的另一差别为定向反光立体角单元650的段部634可定向反射具有与由从段部632内的小平面对640定向反射的光线所呈现出的颜色所不同颜色的光线。可通过设置具有用于定向反光制品630整个段部634的一种不同着色介质的覆盖薄膜、或者可在段部634硬化之前向形成该段部的定向反光立体角单元650的材料中加入一种着色介质来实现该附加着色。5,272,562号(库德尔(Coderre))和5,450,235号(史密斯(Smith)等人)美国专利中论述了可用于本发明的、将着色介质引入到定向反光制品内的多种方法。
诸专利、专利文献及公开的参考文献在此被整个援引以作参考，似乎均可单独引用。对于本技术领域中的那些熟练人员而言，在不脱离本发明范围的情况下，本发明的多种变型及变化将变得一目了然，应当理解的是，本发明并不局限于这里所列的诸图示实施例。
权利要求
1.一种定向反光制品，它包括至少一个小平面对，所述小平面对具有位于垂直的小平面平面内的两个小平面，每一个小平面对的小平面平面沿着一条相交线相交；延伸到所述定向反光制品之外、用于每一个小平面对的一定向反光平面，所述定向反光平面垂直于每一个小平面对的两个小平面平面；由此所述定向反光制品在各个定向反光平面内呈现双轴定向反光；以及至少一个三轴定向反光结构，由此所述定向反光制品呈现来自所述三轴定向反光结构的入射光线的三轴定向反光。
2.如权利要求1所述的定向反光制品，其特征在于，所述三轴定向反光结构具有珠状或立体角定向反光单元。
3.如权利要求1-2所述的定向反光制品，其特征在于，还包括多个定向反光小平面对，其中所述多个定向反光小平面对中至少部分小平面对的相交线是相互基本平行的。
4.如权利要求1-3所述的定向反光制品，其特征在于，所述多个定向反光小平面对中至少部分小平面对的相交线是相互基本垂直的。
5.如权利要求1-4所述的定向反光制品，其特征在于，所述定向反光制品具有一种完整的一件式结构，其中所述小平面对和所述三轴定向反光结构形成在所述完整的一件式结构中。
6.如权利要求1-5所述的定向反光制品，其特征在于，所述定向反光制品具有一种复合式结构，其中所述小平面对位于所述复合式结构的第一构件内，并且所述多个三轴定向反光结构位于所述复合式结构的第二构件内，此外，所述第一构件和所述第二构件相结合以构成所述复合式结构。
7.如权利要求1-6所述的定向反光制品，其特征在于，所述定向反光制品在其至少一部分上包含一反射涂层。
8.如权利要求1-7所述的定向反光制品，其特征在于，由所述小平面对所反射的光线与由所述三轴定向反光结构所反射的光线具有不同的颜色。
9.一种通过提供入射光线的间歇双轴定向反光来提高物体能见度的方法，它包括提供具有至少一个双轴定向反光平面的一双轴定向反光制品；将所述定向反光制品设置在一物体上；以及使所述定向反光制品、光源和观察者中至少两者作相对运动，以使其中至少一个定向反光平面在接近所述观察者和光源处通过。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，使所述双轴定向反光制品具有至少一个小平面对，所述小平面对具有位于基本垂直的小平面平面内的两个小平面，每一个小平面对的小平面平面沿着一条相交线相交，并且所述相对运动包括使至少一个双轴定向反光平面通过所述观察者与所述光源中的一者。
11.如权利要求9-10所述的方法，其特征在于，移动所述定向反光制品包括使所述制品绕一根轴线旋转。
12.如权利要求9-11所述的方法，其特征在于，还包括提供来自构成所述定向反光制品一部分的至少一个三轴定向反光结构的三轴定向反光。
13.如权利要求9-12所述的方法，其特征在于，将所述定向反光制品设置在衣物制品上。
全文摘要
一种将双轴定向反光和三轴定向反光相结合的双轴定向反光制品,用以提供来自该制品的三轴定向反光部分的稳定发光,并当来自双轴定向反光器的定向反光平面通过光源或其附近时,还提供间歇或闪烁定向反光。该定向反光制品可具有结合闪烁反射结构的双轴定向反光结构、以及同时结合三轴定向反光结构和闪烁反射结构的双轴定向反光结构。使用方法包括移动双轴定向反光结构以获得间歇或闪烁定向反光。
文档编号G02B5/124GK1260047SQ97182267
公开日2000年7月12日 申请日期1997年10月24日 优先权日1997年6月27日
发明者J·F·德雷尔, K·M·怀特, V·L·莱特尔 申请人:美国3M公司