Способ изготовления матрицы искаженных оптических элементов - RU2443003C2

Чертежи

Показать все 7 чертежа(ей)

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в целом относится к области изготовления матрицы искаженных световозвращающих элементов.

Уровень техники

Световозвращающее покрытие применяют для отражения света от источника обратно в точку наблюдения. Так, в изделии, применяемом для безопасности дорожного движения (например, знаке на магистрали, указателе тротуара), свет от автомобильной фары отражается назад и попадает в глаза водителя автомобиля. Когда свет отражается назад в точку наблюдения, угол расхождения α может находиться в диапазоне от 0° до более 3° при любом данном угле поворота е.

Величина угла расхождения α и угла поворота е в любой данной ситуации зависит от геометрии источника (например, фары) и наблюдателя (например, водителя), и расстояния от источника/наблюдателя (например, автомобиля) до световозвращающего покрытия. Например, угол расхождения α для правой фары большого грузовика и его водителя при расстоянии до дорожного знака примерно 40 метров будет составлять приблизительно 3°, тогда как угол расхождения α для левой фары автомашины и ее водителя при расстоянии до дорожного знака примерно 600 метров будет составлять приблизительно 0,05°. Величина угла поворота е будет различной для левой и правой фар автомобиля, а также будет зависеть от геометрических размеров автомобиля и водителя и положения дорожного знака.

В идеале световозвращающее покрытие, применяемое в дорожных знаках, должно обеспечивать, чтобы отраженный свет формировал изображение, обладающее достаточной интенсивностью в требуемом диапазоне углов расхождения α и широком диапазоне углов поворота е. Например, световозвращающий дорожный знак, даже если он расположен за городом, должен отражать свет в обратном направлении в пределах угла расхождения α примерно 1°, что соответствует значению угла расхождения от правой фары большого грузовика до его водителя при расстоянии до дорожного знака примерно 120 метров. Кроме того, если покрытие на дорожном знаке ориентировано произвольно, световозвращение необходимо при каждом значении угла поворота е.

Как известно, чтобы увеличить среднее геометрическое расхождение световозвращающего материала в световозвращающие элементы вносят преднамеренные искажения. Например, в микрокубы могут быть внесены искажения, вследствие которых их двугранные углы несколько отклоняются от 90°. Эти искажения вызваны геометрическими особенностями, приданными исходной подложке при обработке (см., например, US 3712706, US 4775219, US 4938563, US 6015214, US 2003/007815 A1, и т.д.). В US 6871966 описан способ придания геометрических особенностей, создающих искажения, путем контролируемой обработки исходной подложки после механической обработки или путем контролируемой обработки копий подложек, сделанных из исходной подложки (этот патент передан правопреемнику настоящего изобретения, и его описание полностью включено в данный документ). Более конкретно, обрабатывают на локализованных участках поверхность подложки, не содержащей элементов (т.е. поверхность, противоположную поверхности, на которой расположены формирующие элементы), при этом степень обработки является достаточной для изменения геометрии оптических элементов на противоположной поверхности, несущей элементы.

Раскрытие изобретения

Настоящим изобретением предложен способ изготовления матрицы искаженных световозвращающих элементов, согласно которому поверхность подложки, на которой расположены элементы, подвергают контролируемой обработке. Эти и другие особенности изобретения полностью описаны и особо отмечены в формуле изобретения.

Краткое описание чертежей

В нижеследующем описании и на чертежах подробно показаны некоторые типичные варианты реализации изобретения, которые лишь указывают на несколько различных способов, при помощи которых можно использовать принципы данного изобретения.

На фиг.1 изображен вид сбоку предлагаемого световозвращающего покрытия, содержащего матрицу искаженных световозвращающих элементов.

На фиг.2 изображен вид поверхности матрицы искаженных световозвращающих элементов.

На фиг.3 изображен увеличенный вид световозвращающего элемента.

На фиг.4 изображен вид поверхности матрицы неискаженных световозвращающих элементов.

На фиг.5 представлена блок-схема способа создания световозвращающего покрытия.

На фиг.6 схематически проиллюстрирована контролируемая обработка, выполняемая на подложке.

На фиг.7 схематически проиллюстрирована контролируемая обработка, выполняемая на подложке, к которой при этом присоединена копия, изготовленная методом гальванопластики.

На фиг.8 схематически изображен вид локализованного участка контролируемой обработки и окружающее его место, подвергнутое воздействию.

Осуществление изобретения

На чертежах, а именно на фиг.1 и 2, показано предлагаемое световозвращающее покрытие 10. Покрытие 10 включает листовой материал 12 из прозрачной смолы (например, акриловой, поликарбонатной, виниловой и т.п.), имеющий переднюю поверхность 14 и заднюю поверхность 16, на которой формируют матрицу 18 искаженных световозвращающих элементов 20. Как показано на чертежах, в качестве световозвращающих элементов 20 использованы кубические угловые элементы, более конкретно, микрокубы. Как особенно хорошо показано на фиг.3, каждый световозвращающий элемент 20 имеет три взаимно перпендикулярные поверхности 22, которые сходятся в вершине 24 и пересекаются друг с другом на гранях 26, образуя три двугранных угла. Однако согласно настоящему изобретению возможно и предусмотрено применение и других световозвращающих элементов. Более того, элементы 20 не обязательно являются световозвращающими, поскольку они могут представлять собой любые оптические элементы (в том числе микрооптические элементы), в которые преднамеренно внесены искажения с целью улучшения некоторой их оптической характеристики.

При рассмотрении оптических характеристик матрицы 18 и/или световозвращающих элементов 20 полезно использовать аналогичную матрицу 18' в качестве основы для сравнения. Аналогичная матрица 18', показанная на фиг.4, имеет такую же структуру, как и матрица 18, и содержит световозвращающие элементы 20', которые полностью идентичны перед внесением искажений. Например, согласно показанному на чертежах варианту реализации изобретения с применением угловых кубических элементов, все световозвращающие элементы 20' аналогичной матрицы 18' могут включать три двугранных угла, каждый из которых составляет точно (или почти точно) 90°. Аналогичная неискаженная матрица 18' будет иметь некоторые общие оптические свойства, в том числе среднее геометрическое расхождение и суммарное световозвращение.

Согласно настоящему изобретению, искажения в световозвращающих элементах 20 имеют величину, достаточную, чтобы матрица 18 вызывала большее среднее геометрическое расхождение (например, по меньшей мере 0,2°, по меньшей мере 0,5°, по меньшей мере 1° и/или по меньшей мере 0,1°), чем неискаженная матрица 18' (например, от 0° до 0,5°). Кроме этого или вместо этого, матрица 18 может сохранять по меньшей мере 90%, по меньшей мере 94% и/или по меньшей мере 98% суммарного всетовозвращения по сравнению с неискаженной матрицей 18'. В предпочтительном варианте искажения световозвращающих элементов таковы, что гладкость и/или острота граней является, по существу, такой же, как и гладкость и/или острота граней неискаженных элементов 20'.

Обратимся теперь к фиг.5, на которой схематически показан способ создания световозвращающего покрытия 10. Согласно этому способу пустую подложку 100 обрабатывают с целью изготовления исходной подложки 110 с поверхностью 116, содержащей формирующие элементы 120. Формирующие элементы 120 могут быть такого же типа (охватываемыми или охватывающими), как и световозвращающие элементы 20, или противоположного типа. В любом случае, их геометрия должна соответствовать требуемой геометрии неискаженных элементов 20'. Согласно показанному на чертежах варианту реализации изобретения, исходная подложка 110 включает охватываемые элементы 120.

Затем исходную подложку 110 применяют для формирования (например, с помощью гальванопластики) по меньшей мере одной копии 110 оригинала подложки. Все копии 110 имеют поверхность 116, на которой расположены формирующие элементы 120, противоположные по типу формирующим элементам 120 исходной подложки 110. Указанная по меньшей мере одна копия 110 может быть подвергнута сборке с образованием сборочной подложки 210. Подложку 210 можно применять для создания (например, с помощью гальванопластики) копий 110 следующего порядка, каждая из которых имеет поверхность 116, на которой расположены формирующие элементы 120, противоположные по типу формирующим элементам 220 подложки 210. Указанные копии 110 второго порядка могут быть подвергнуты сборке с образованием сборочной подложки 210 второго порядка. Сборочную подложку второго порядка можно применять для создания (например, с помощью гальванопластики) подложек 110 третьего порядка, и создание последовательности копий можно продолжать аналогичным способом до формирования технологических копий М10. Технологический инструмент М10 будет иметь упорядоченную поверхность М16, содержащую формирующие элементы М20, противоположные по типу (охватываемые или охватывающие) световозвращающим элементам 20. Затем инструмент М10 можно применять для формирования (например, путем штамповки, литья, прессования, формования и т.п.) световозвращающих элементов 20 на поверхности 16 пластмассового листового материала 12 с целью создания световозвращающего покрытия 10.

Как схематически показано на фиг.6, контролируемую обработку осуществляют по меньшей мере на одном локализованном участке 130/230 на первой поверхности 116/216 исходной подложки 110, копии 110 и/или сборочной подложки 210. Процедуру контролируемой обработки можно выполнять на одной или нескольких стадиях процессов копирования или кластеризации. Перед обработкой геометрия формирующих элементов 120/220 на подложке 110/210 будет соответствовать геометрии неискаженных элементов 20' в аналогичной матрице 18'. После обработки формирующие элементы 120/220 на обработанной подложке 110/210 и формирующие элементы 120/220 на подложках 110/210, скопированных с обработанной подложки, будут соответствовать искаженным световозвращающим элементам 20 в матрице 18.

Контролируемую обработку можно осуществлять на исходной подложке 110, копиях 110 или сборочных подложках 210.

Подложки 110/210 могут быть изготовлены из металла или пластмассы. Согласно показанному на чертежах варианту реализации изобретения, например, подложки 110/210 можно сделать из никеля, полученного методом гальванопластики. Поскольку обработке подвергают поверхность 116/216, на которой расположены элементы, а не противоположную поверхность, в настоящем изобретении можно применять подложки различной толщины, даже превышающей примерно 10,00 мм. Как указано выше, подложка 110/210 может иметь толщину примерно от 0,01 мм до 2,0 мм и/или примерно от 2,0 до 10,0 мм. Исходная подложка 110 может быть толще, чем другие подложки (т.е. по толщине быть больше, чем примерно 10,0 мм).

Под обработкой поверхности подложки 116/216 подразумевают добавление, удаление или модификацию материала на локализованных участках этой поверхности, или просто местное применение давления, температуры или другого воздействия. Обработка может иметь степень, достаточную для того, чтобы вызвать изменения напряжения материала, что приводит, например, к незначительному изменению одного или нескольких двугранных углов. Если степень обработки на упорядоченной поверхности 116/216 является небольшой, важно, чтобы не происходило повреждения гладкости поверхностей и/или остроты граней формирующих элементов 120/220 и/или элементов 120/220, прилегающих к ним. Как показано на фиг.7, можно осуществить обработку поверхности 116/216 подложки 110/210, к которой все еще прикреплена копия 110/210, изготовленная методом гальванопластики.

Обработку упорядоченной поверхности 116/216 можно выполнять различными способами, в том числе путем воздействия на вторую поверхность энергией, химикатами или давлением. Энергию можно применять, например, в виде электроэнергии или сфокусированной теплоты, в частности, с помощью инфракрасного лазера. Давление может вызывать локализованное растяжение, вызывающее передвижение материала, которое предохраняет массу материала при создании напряжения. Можно также применять бомбардировку частицами (например, легкую пескоструйную обработку).

Как схематически показано на фиг.8, когда контролируемую обработку выполняют на локализованном участке 130/230 на первой поверхности подложки, искажения оказывают влияние не только на формирующие элементы 120/220 на этом участке, но и на элементы в месте 140/240, подвергнутом воздействию, включающем локализованный участок 130/230 и окружающем его. Изменение формирующих элементов 120/220 в месте 140/240, как правило, не будет одинаковым, и будет варьироваться в зависимости, например, от расстояния до локализованного участка 130/230. Например, в показанном на чертежах примере с кубическими угловыми элементами, изменение двугранных углов формирующих элементов 120/220, близко расположенных к локализованному участку 130/230, могло бы быть больше, чем изменение двугранных углов формирующих элементов 120/220, удаленных от локализованного участка 130/230.

Как указано выше, контролируемую обработку выполняют по меньшей мере на одном локализованном участке 130/230. Как правило, контролируемую обработку осуществляют на нескольких локализованных участках 130/230 подложки 110/210. Расположение этих участков 130/230 на поверхности подложки 116/216 и/или по отношению друг к другу может быть заранее установлено или быть полупроизвольным (т.е. может управляться статистически, но не во всех деталях). Кроме этого или вместо этого, на каждом локализованном участке 130/230 степень контролируемой обработки может быть одинаковой или различной.

Таким образом, настоящее изобретение предлагает способ изготовления матрицы 18 искаженных оптических элементов 20. Хотя изобретение описано относительно некоторых предпочтительных вариантов реализации, очевидно, что специалистами в данной области после прочтения и осмысления настоящего описания изобретения могут быть сделаны равноценные и очевидные изменения и модификации. Настоящее изобретение включает все такого рода изменения и модификации и ограничено только объемом формулы изобретения.

Оптический элемент представляет собой элемент, имеющий по меньшей мере одну взаимодействующую со светом поверхность.

Матрица представляет собой совокупность большого числа оптических элементов.

Микрооптический элемент представляет собой оптический элемент, имеющий размеры примерно 1 мм или меньше.

Угловой кубический элемент представляет собой элемент, содержащий взаимно пересекающиеся поверхности (например, три), образующие двугранные углы, каждый из которых имеет приблизительно заданное значение (например, 90°).

Микрокуб представляет собой угловой кубический элемент, имеющий суммарную площадь менее чем примерно 1 мм². Суммарная площадь куба представляет собой площадь, ограниченную кубической формой, заданной проекцией периметра углового кубического элемента в направлении главного преломленного луча.

Световозвращение представляет собой отражение, при котором отраженные лучи предпочтительно возвращаются в направлениях, близких к противоположному направлению падающих лучей, причем это свойство сохраняется на протяжении широкого диапазона изменений направления падающих лучей.

Световозвращающий отражатель представляет собой поверхность или устройство, которое создает световозвращение.

Световозвращающий элемент представляет собой оптический элемент, который создает отражение в обратном направлении.

Световозвращающий материал представляет собой материал, который содержит сплошной слой световозвращающих элементов. Световозвращающее покрытие представляет собой световозвращающий материал, предварительно скомпонованный в виде тонкой пленки.

Ось освещения представляет собой полупрямую, проходящую от центра световозвращающего отражателя до точки расположения источника. Точка расположения источника представляет собой местоположение источника освещения. Центр световозвращающего отражателя представляет собой точку на световозвращающем отражателе или вблизи него, предназначенную для расположения устройства.

Угол освещения β представляет собой угол между осью освещения и осью световозвращающего отражателя. Ось световозвращающего отражателя представляет собой указанную полупрямую, проходящую от центра световозвращающего отражателя в направлении, расположенном в центре заданных направлений освещения.

Ось наблюдения представляет собой полупрямую, проходящую от центра световозвращающего отражателя к точке наблюдения. Точка наблюдения представляет собой местоположение наблюдателя.

Угол расхождения α представляет собой угол между осью освещения и осью наблюдения. Этот угол также называют углом наблюдения.

Среднее геометрическое расхождение - это среднее от всех углов расхождения α всех лучей с заданным направлением освещения, возвращенных световозвращающим отражателем.

Угол поворота е представляет собой угол в плоскости, перпендикулярной оси световозвращающего отражателя, от полуплоскости наблюдения до базовой оси, измеренный против часовой стрелки из точки обзора на оси световозвращающего отражателя. Полуплоскость наблюдения представляет собой полуплоскость, которая начинается на линии оси освещения и содержит ось наблюдения. Базовая ось представляет собой указанную полупрямую, проходящую от центра световозвращающего отражателя перпендикулярно оси световозвращающего отражателя. Базовая полуплоскость представляет собой половину плоскости, которая начинается на оси световозвращающего отражателя и содержит базовую ось.

Суммарное световозвращение представляет собой процент света, отраженного оптическим устройством в обратном направлении.

Формирующий элемент представляет собой элемент, применяемый для формирования оптического элемента, или для формирования формирующих его элементов, при этом формирующий элемент имеет поверхности, соответствующие поверхностям оптического элемента, который предполагается создать.

Подложка представляет собой материал с поверхностью, которая содержит по меньшей мере один оптический элемент или по меньшей мере один формирующий элемент. Охватываемый оптический элемент представляет собой оптический элемент, поверхности которого направлены наружу от первой поверхности подложки.

Охватывающий оптический элемент представляет собой оптический элемент, в котором поверхности элемента углублены в первую поверхность подложки.

Охватываемый формирующий элемент представляет собой формирующий элемент, поверхности которого направлены наружу от первой поверхности подложки.

Охватывающий формирующий элемент представляет собой оптический элемент, поверхности которого углублены в первую поверхность подложки.

Толщина подложки, содержащей охватываемые элементы, представляет собой толщину материала, из которого выступают элементы. Толщина подложки, содержащей охватывающие элементы, представляет собой суммарную толщину материала.

Копирование представляет собой воспроизведение формирующих элементов с одной подложки на другой подложке с помощью, например, гальванопластики, литья, формования, чеканки и так далее.

Исходная подложка представляет собой подложку, в которой формирующие элементы создаются впервые способом без копирования, в частности, например, путем гравирования или штриховки.

Цепь копирования представляет собой последовательность копий, созданных из исходного объекта (например, исходной подложки) путем изготовления копии (или копий) исходного объекта, затем изготовления по меньшей мере одной копии этой копии (или копий) исходного объекта, а затем изготовления по меньшей мере одной копии этой копии (или копий) исходного объекта и т.д.

Копия первого порядка представляет собой подложку, содержащую формирующие элементы, непосредственно скопированные из исходной подложки.

Копия n-го порядка представляет собой подложку, содержащую формирующие элементы, которые представляют собой копии из n-го звена в цепи копирования, содержащей n-1 промежуточных звеньев копий между исходным объектом и копией n-го порядка. Например, копия 3-го порядка представляет собой копию копии 2-го порядка, которая представляла собой копию копии 1-го порядка, которая являлась прямой копией исходного объекта.

Технологический инструмент представляет собой инструмент, содержащий формирующие элементы, применяемые для изготовления оптических элементов.

Термин «искажение» означает небольшое изменение геометрии оптического элемента.

Более конкретно, для угловых кубических элементов этот термин означает небольшое изменение одного или нескольких двугранных углов элемента, достаточное, чтобы вызвать изменение среднего геометрического расхождения оптического элемента или оптического элемента, сформированного из него или из его копий.

Изменение углов, вызванное искажением, как правило, будет составлять менее 1°. Глагол «искажать» означает «создавать искажение».

Искаженный элемент - это оптический элемент или формирующий элемент, имеющий искажение.

Контролируемая обработка представляет собой добавление, удаление, модифицирование, искривление, деформирование или разрушение, производимые под контролем в отличие, например, от тех же действий, осуществленных случайно и/или непреднамеренно.

Локализованный участок представляет собой очень маленький участок матрицы, на котором осуществляют контролируемую обработку (например, фактически применяют энергию, химическое воздействие или давление).

Место, подвергнутое воздействию, представляет собой зону, которая включает локализованный участок и окружает его, и в которой элементы искажены в результате контролируемой обработки на локализованном участке.

Реферат

Изобретение относится к области изготовления матриц световозвращающих элементов. Способ изготовления подложки включает получение подложки, имеющей первую поверхность с расположенными на ней формирующими элементами, геометрия которых соответствует геометрии неискаженных оптических элементов в неискаженной матрице, и контролируемую обработку локализованного участка на первой поверхности подложки в достаточной степени для искажения формирующих элементов в месте, подвергнутом воздействию, включающем локализованный участок и окружающем его. Указанное место, подвергнутое воздействию, представляет собой участок, включающий локализованный участок и окружающий его. Формирующие элементы искажают в результате контролируемой обработки на локализованном участке, изменение формирующих элементов не является одинаковым и варьируется в зависимости от расстояния до локализованного участка, и двугранный угол по меньшей мере одного из формирующих элементов не равен 90°. Технический результат - увеличение расхождения световозвращающего материала. 5 н. и 32 з.п. ф-лы, 8 ил.

Формула