專利名稱：立體角制品原始模具及其制造方法
發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及立體角回射材料。尤其，本發(fā)明涉及一種適用于制造適于回射以相對較大的入射角入射在薄片上的光的回射立體角薄片的立體角制品原始(master)模具及其制造方法。
背景回射材料具有改變?nèi)肷涞讲牧仙系墓獾姆较颍蛊浞祷毓庠吹男阅?。這一優(yōu)良性能使得回射薄片廣泛應(yīng)用在各種制品上?；厣浔∑褂迷谄教骨覄傂缘闹破飞?，例如路標(biāo)和路障上；然而，常常需要將該薄片使用在不規(guī)則或者柔性的表面上。例如，可將回射薄片粘附在載重卡車的側(cè)面，這就要求薄片越過起皺且凸起的鉚釘，或者，可將薄片粘附至諸如公路工人的安全背心或者其它此類安全服之類的柔性基層上。在基面不規(guī)則或者柔性的情況下，希望該回射薄片具有在不損失回射性能的情況下適應(yīng)基面的能力。
現(xiàn)有兩種普通類型的回射薄片微球基薄片和立體角薄片。有時(shí)被稱作為“珠狀”薄片的微球基薄片在本技術(shù)領(lǐng)域中是眾所周知的，它采用大量微球，一般這些微球至少局部嵌入粘合劑層并伴隨鏡面反射或者漫反射材料(例如，色素微粒、金屬小片或者蒸氣涂層等)以回射入射光。在美國專利3,190,178(McKenzie)、4,025,159(McGrath)以及5,066,098(Kult)中揭示了此類回射器的實(shí)例。
基本立體角回射薄片對于回射技術(shù)領(lǐng)域中的那些普通技術(shù)人員而言是熟知的。該薄片包括大致平坦的底面和包括多個(gè)與底面相對的立體角元件的結(jié)構(gòu)化表面。各立體角元件包括三個(gè)大致相互垂直的光學(xué)表面，這三個(gè)光學(xué)表面相交于一單一基準(zhǔn)點(diǎn)或者頂點(diǎn)。入射在薄片基平面上的光在薄片的底面上折射，穿過該薄片傳播，從三個(gè)垂直的立體角光學(xué)表面的各個(gè)表面反射，并再向光源回射。對稱軸，也稱為光軸，是通過立體角頂點(diǎn)延伸并和立體角元件的三個(gè)光學(xué)表面形成等角度的軸線。立體角元件對大致沿著光軸入射在元件基底上的光的響應(yīng)方面典型地呈現(xiàn)最高光學(xué)效率。由立體角回射器回射的光的量隨著入射角顯著地偏離光軸而下降。
回射薄片的生產(chǎn)商們設(shè)計(jì)出對以特定入射角入射在薄片上的光的響應(yīng)呈現(xiàn)其尖峰性能的回射薄片。術(shù)語“入射角”用于指入射在薄片上的光的入射角度，從垂直于薄片底面的一條軸線進(jìn)行測量。參見例如，美國材料測試學(xué)會(ASTM)編號E808-93b，用于描述回射的標(biāo)準(zhǔn)方法。典型地，將用于標(biāo)牌的回射薄片設(shè)計(jì)成在相對較小的入射角上(例如近似垂直于薄片底面)呈現(xiàn)其最佳光學(xué)效率。參見例如，Hoopman的美國專利4,588,258號。其它的應(yīng)用，例如路面標(biāo)志或者障礙標(biāo)志，需要被設(shè)計(jì)成在相對較大的入射角上呈現(xiàn)其最大光學(xué)效率的回射薄片。例如，White的4,349,598號美國專利(‘598專利)揭示了一種回射薄片設(shè)計(jì)，其中立體角元件包括兩個(gè)被設(shè)置成與立體角薄片基底成45度角的相互垂直的矩形表面，以及兩個(gè)垂直于矩形表面的平行的三角形表面以形成兩個(gè)光學(xué)相對的立體角元件。Nelson等人的4,895,428號美國專利(‘428專利)和其4,938,563號美國專利(‘563專利)揭示了一種回射薄片，其中立體角元件包括兩個(gè)接近于垂直的四邊形表面和接近垂直于四邊形表面的一個(gè)三角形表面以形成一立體角。該立體角元件還包括一非垂直的三角形表面。
回射立體角元件的制造一般是通過使用由不同技術(shù)、包括那些被稱為銷釘捆扎(pin bundling)及直接機(jī)加工技術(shù)所制得的模具來實(shí)現(xiàn)的。采用銷釘捆扎所制造的模具是通過將各個(gè)銷釘組裝在一起來制造的，各個(gè)銷釘具有一端部，該端部的形狀具有立體角回射元件的特征。Howell的美國專利3,632,695號和Heenan等人的美國專利3,926,402號揭示了銷釘捆扎的實(shí)例。直接機(jī)加工技術(shù)，通常也稱為劃線(ruling)，包括切除部分基塊以形成一種溝槽圖案，即諸溝槽相交以形成包含著立體角元件的諸結(jié)構(gòu)。將該溝槽化基塊典型地用作為一種原始模具，從該模具可形成一系列模具型腔(impression)，即復(fù)制模(replica)。在某些情況下，該原始模具本身可用作為一種回射制品。然而，更普通的是，使用原始模具或者使用該原始模具的復(fù)制模在一聚合基塊內(nèi)形成回射薄片或者回射制品。
直接機(jī)加工技術(shù)是制造用于小微立體陣列的原始模具的有效方法。小微立體陣列尤其有利于生產(chǎn)具有更高柔性的較薄的回射薄片。微立體陣列還更有助于進(jìn)行連續(xù)的制造工序。使用直接機(jī)加工方法而不是銷釘捆扎或者其它技術(shù)來執(zhí)行較大的立體角陣列的制造工序也相對較容易。Hoopman的美國專利4,588,258號中揭示了直接機(jī)加工的一個(gè)實(shí)例。
如上所述，使用直接機(jī)加工技術(shù)可形成‘598專利、‘428專利以及‘563專利中的適用于形成立體角薄片的原始模具。然而，在這些專利中所揭示的立體角幾何形狀需要兩種不同的機(jī)加工工具來制造一種原始模具。這降低了原始模具制造工序的效率。此外，根據(jù)這些專利所制造的原始模具含有大致垂直于原始模具的底面延伸的諸表面。這種垂直表面對原始模具的精確復(fù)制模的制造工藝會有不利影響。
發(fā)明概述本發(fā)明提供一種適用于制造包括回射薄片的回射制品的原始模具及其制造方法。有利的是，本發(fā)明的原始模具可通過使用已知的直接機(jī)加工技術(shù)由一實(shí)心且完整的基塊制成。另外，本發(fā)明的方法允許使用一單一的切割工具來制造適用于形成適于回射大入射角的光的回射薄片的原始模具。這些特點(diǎn)縮短了根據(jù)本發(fā)明制造制品所用的時(shí)間并降低了成本。
簡單地講、根據(jù)該方法，提供了一種適于用作為原始模具的一可機(jī)加工基塊。在該基塊的加工面內(nèi)形成包括至少兩條、較佳地為多條平行溝槽的第一溝槽組。該第一溝槽組中的各條溝槽在溝槽一側(cè)上限定第一光學(xué)表面并在溝槽相對側(cè)上限定第一非光學(xué)表面。該第一光學(xué)表面較佳地以與垂直于基塊的基平面的一矢量成0到20度之間的角度進(jìn)行設(shè)置。在基塊內(nèi)形成包括至少兩條、較佳地為多條平行溝槽的第二溝槽組，以使該第二溝槽組與第一溝槽組相交。較佳地，第二溝槽組中的各條溝槽在一側(cè)上限定第二光學(xué)表面并在溝槽相對側(cè)上限定第二非光學(xué)表面。該第二光學(xué)表面還較佳地以與垂直于基塊的基平面的一矢量成0到20度之間的角度進(jìn)行設(shè)置。
根據(jù)本發(fā)明，第二溝槽組與第一溝槽組以一交角β相交，以使第二溝槽組中各條溝槽的光學(xué)表面與第一溝槽組中各條溝槽的光學(xué)表面相交，而在相交的光學(xué)表面之間限定一垂直二面角。從而，相交溝槽的光學(xué)表面形成了立體角元件的三個(gè)相互垂直的光學(xué)表面中的兩個(gè)表面。
從基塊的加工面形成相互垂直的第三光學(xué)表面。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，第一和第二光學(xué)表面與基塊基底大致垂直，并且頂面與該基底平行。根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施例，第一和第二光學(xué)表面以底面為基準(zhǔn)成70到90度之間的角度進(jìn)行設(shè)置，并且頂面與底面成一斜角進(jìn)行設(shè)置。
在本發(fā)明的一較佳實(shí)施例中，采用諸如使用金剛石機(jī)加工工具之類的精密機(jī)加工技術(shù)在基塊內(nèi)形成諸溝槽組。一溝槽組中相鄰溝槽之間的距離較佳地在大約10微米到大約700微米之間變化。諸溝槽的深度較佳地介于大約10微米到700微米之間。
因此，根據(jù)本發(fā)明的方法所制造的原始模具包括具有一底面和一結(jié)構(gòu)化表面的基塊，該結(jié)構(gòu)化表面包括一個(gè)立體角元件陣列的復(fù)制陽模。通過使用例如傳統(tǒng)的電鍍工藝可生產(chǎn)該結(jié)構(gòu)化表面的復(fù)制陰模。然后，該復(fù)制陰模用作為一種用于形成呈連續(xù)薄片狀形式或分散件形式的回射立體角制品的模具。
附圖簡介

圖1是本發(fā)明適用的一種基塊的立體圖2是圖1所示基塊的側(cè)視圖；圖3是第一機(jī)加工操作后的圖1所示基塊的立體圖；圖4是沿平面4-4剖切的圖3所示基塊的剖視圖；圖5是第二機(jī)加工操作后的該基塊的俯視圖；圖6是沿平面6-6剖切的圖5所示基塊的剖視圖；圖7是沿平面7-7剖切的圖5所示基塊的剖視圖；圖8是沿平面8-8剖切的圖5所示基塊的剖視圖；圖9是本發(fā)明一替換實(shí)施例的一種原始模具的俯視圖；圖10是沿平面10-10剖切的圖9所示原始模具的剖視圖；圖11是本發(fā)明另一替換實(shí)施例的一種原始模具的俯視圖；圖12是沿平面12-12剖切的圖11所示原始模具的剖視圖；圖13是沿平面13-13剖切的圖11所示原始模具的剖視圖；圖14是沿平面14-14剖切的圖11所示原始模具的剖視圖。
這些理想化且失比例的視圖僅用于說明本發(fā)明，并沒有限制作用。
圖示實(shí)施例的詳述在隨后的圖示實(shí)施例的詳述中，參照了構(gòu)成其一部分的附圖，圖中以圖示的方式示出了本發(fā)明的特定實(shí)施例。要理解的是，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，可采用其它實(shí)施例，并可進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的變化。
本發(fā)明提供適于形成回射制品的模具及其形成方法。尤其，本發(fā)明提供適用于形成適于回射以相對較大的入射角入射在薄片上的光的該回射薄片的原始模具。在共同等待及共同轉(zhuǎn)讓的、與本申請同時(shí)提交的題為“高度傾斜的回射立體角制品”的專利申請中進(jìn)一步詳細(xì)地揭示了這種薄片的實(shí)例，該申請?jiān)诖嗽鲄⒖紖⒄請D1-8將描述本發(fā)明一種典型的原始模具及其制造方法。參閱圖1-2，圖中示出了適用于形成用于制造回射制品的一原始模具的一基塊10的一部分。該基塊10包括一底面12和與該底面12相對的一加工面14。該基塊10較佳地為一單個(gè)(例如整體式)基塊，然而，在制造回射立體角模具技術(shù)領(lǐng)域中的任何一名普通技術(shù)人員要意識到的是，該基塊10還可被制成為由一適當(dāng)?shù)亩ㄎ谎b置固定而成的銷釘組件?；鶋K10的厚度(從底面12測量到加工面14)對于本發(fā)明而言并不關(guān)鍵，但較理想的是，該基塊10的厚度是將要形成在該基塊10內(nèi)的溝槽深度的至少兩倍。另外，雖然基塊10如圖10所示具有大致平坦的表面，但要意識到的是，該基塊10可被形成在諸如柱面之類的曲面上。
基塊10較佳地由一種適用于高精度機(jī)加工操作的材料制成。這種材料應(yīng)當(dāng)能進(jìn)行平整的機(jī)加工而形成最小的毛刺；應(yīng)當(dāng)呈現(xiàn)低延展性和低顆粒性；應(yīng)當(dāng)在溝槽形成之后仍保持尺寸精度。可采用諸如可機(jī)加工的塑料或者金屬之類的多種材料。適當(dāng)?shù)乃芰习崴苄运芰匣蛘邿峁绦圆牧?，例如丙烯酸?acrylics)。適當(dāng)?shù)慕饘侔ㄤX、黃銅、鎳和銅。
參閱圖3-4，圖中示出了最初的機(jī)加工步驟。根據(jù)本發(fā)明的一種方法，在基塊10的加工面內(nèi)形成第一溝槽組16。較佳地，通過使用諸如金剛石機(jī)加工工具之類的精密機(jī)加工工具來形成該第一溝槽組16。在如圖3-4所示的實(shí)施例中，通過使用一種其夾角相對于垂直于基塊10的底面12的一條軸線不對稱的切割工具來形成第一溝槽組16，該夾角接近于25.36度。然而，要意識到的是，本發(fā)明設(shè)想使用多種切割工具以及工件幾何形狀。還要意識到的是，本發(fā)明并不受精密機(jī)加工制造技術(shù)的限制。本發(fā)明設(shè)想了其它已知適用于形成光學(xué)質(zhì)量表面的制造技術(shù)。替換制造技術(shù)包括例如同樣可用于本發(fā)明的劃線、銑削、快速切削以及磨削技術(shù)。
第一溝槽組16包括至少兩條、較佳地為多條大致相同且平行的溝槽18，這些溝槽穿過基塊10的加工面14延伸。當(dāng)在這里使用時(shí)，術(shù)語“溝槽組”是指位于基塊10的加工面14上所有的平行溝槽。請參閱圖4，第一溝槽組16中的各條溝槽18較佳地在溝槽的一側(cè)上限定一光學(xué)表面20，而在該溝槽的相對側(cè)上限定一非光學(xué)表面22。光學(xué)表面20與非光學(xué)表面22相交于槽底21。在如圖3-4所示的實(shí)施例中，光學(xué)表面20大致垂直于基塊10的底面12，而非光學(xué)表面22設(shè)置在第一后角φ1上，該后角相對垂直于底面12的軸線等于25.36度。各槽底21設(shè)置在基塊10中的深度最好相等。圖4示出了其中形成有三條溝槽的一種基塊。實(shí)際上，一種典型基塊的寬度可接近于10厘米，并且其中可形成有成百上千甚至成千上萬條溝槽。
當(dāng)在這里使用時(shí)，術(shù)語“光學(xué)表面”是指在最終的模具結(jié)構(gòu)中形成立體角元件的一反射面的表面。如上所述，一立體角元件是由互相相交于一公共點(diǎn)(例如該立體角頂點(diǎn))上的三個(gè)大致相互垂直的光學(xué)表面的相交所限定而成的。這些光學(xué)表面應(yīng)該是大致上光學(xué)平滑，為說明起見，光學(xué)平滑的意思是指一光學(xué)表面以伴有最小的散射或者漫射的方式來反射入射在該表面上的光。
當(dāng)在這里使用時(shí)，術(shù)語“非光學(xué)表面”是指不會形成立體角元件的一反射面的表面。許多立體角元件陣列的設(shè)計(jì)不利用非光學(xué)表面(例如參見美國專利4,588,258號)。然而，非光學(xué)表面對于某些適于回射大入射角光的立體角陣列設(shè)計(jì)而言是必要元件。(例如參見美國專利4,895,428號)。
術(shù)語“后角”是指介于其中設(shè)有一表面的平面與基塊10的底面12的法向矢量之間的角。設(shè)置在垂直于底面12的平面內(nèi)的諸表面、諸如圖3-4中所示的諸光學(xué)表面20形成零度后角。相反，諸非光學(xué)表面22與垂直于底面12的矢量形成一后角。雖然圖3-4中所示的諸光學(xué)表面20不包含非零后角，但較佳的是在某些情況下形成具有非零后角的諸光學(xué)表面20，如下所述。
在完成在基塊10的加工面14內(nèi)機(jī)加工第一溝槽組16的步驟之后，加工面14如圖3-4所示。該加工面14包括含有一系列平行通道或者溝槽18的第一溝槽組16。這些溝槽限定一系列相應(yīng)的由一光學(xué)表面20、一頂面26和一非光學(xué)表面22所限定的結(jié)構(gòu)24 。第一溝槽組16中的諸相鄰溝槽相隔間距D0。從理論上講，間距D0不存在上限，但實(shí)際上，間距D0的上限與薄片材料的厚度有關(guān)。目前精密機(jī)加工技術(shù)能夠制造間距D0為0.010毫米之小的溝槽。間距D0的較佳范圍為0.026毫米到0.260毫米之間。該間距適應(yīng)傳統(tǒng)機(jī)加工裕量(tolerances)中的一柔性回射薄片產(chǎn)品。間距D0可固定不變以使諸溝槽均勻間隔，或者該間距D0可變化。另外，槽底21較佳地設(shè)置在近似等于相鄰溝槽之間的間距D0的深度上。
圖5-8簡要地示出了在進(jìn)行完制造技術(shù)中的第二機(jī)加工操作之后本發(fā)明的模具。在基塊10的加工面14內(nèi)形成第二溝槽組30。該第二溝槽組30包括至少兩條、較佳地為多條平行溝槽，這些溝槽穿過基塊10的加工面14延伸。第二溝槽組30中的各條溝槽32較佳地在溝槽的一側(cè)上限定一光學(xué)表面34，而在該溝槽的相對側(cè)上限定一非光學(xué)表面36，該光學(xué)表面與非光學(xué)表面相交于槽底38(參閱圖7)。如上所述，本發(fā)明的一個(gè)進(jìn)步之處在于，第二溝槽組30可通過使用與形成第一溝槽組16所使用的工具相同的切割工具來形成。因此，光學(xué)表面34大致垂直于基塊10的底面12，而非光學(xué)表面36設(shè)置在一后角φ2上，該后角相對底面12等于25.36度。
重要地是，第二溝槽組30被做成為該第二溝槽組30的諸光學(xué)表面34與由第一溝槽組16所形成的光學(xué)表面20相交以限定介于兩個(gè)表面之間的垂直二面角。在最終的模具結(jié)構(gòu)中，這兩個(gè)表面形成三個(gè)立體角元件光學(xué)表面中的兩個(gè)面。光學(xué)表面20與34被設(shè)置成基本垂直于底面12，第二溝槽組30形成在與第一溝槽組16的90°交角(β)上。
第二溝槽組30的形成產(chǎn)生出包括一個(gè)立體角元件40的陣列的一結(jié)構(gòu)化表面(參閱圖5)。各立體角元件40包括與部分光學(xué)表面20相對應(yīng)的、并基本垂直于底面12設(shè)置的第一四邊形光學(xué)表面42(參閱圖7)；與部分光學(xué)表面34相對應(yīng)、并同樣基本垂直于底面12設(shè)置的第二四邊形光學(xué)表面44(參閱圖7)；以及與部分加工面14相對應(yīng)、平行于底面12且基本垂直于第一光學(xué)表面42與第二光學(xué)表面44設(shè)置的第三四邊形光學(xué)表面46。另外，各立體角元件40還包括與部分非光學(xué)表面22相對應(yīng)的第一非光學(xué)表面50(參閱圖5)和與部分非光學(xué)表面36相對應(yīng)的第二非光學(xué)表面52(參閱圖5和圖6)，這兩個(gè)非光學(xué)表面沿邊緣51相交。
三個(gè)互相垂直的光學(xué)表面42、44、46相交于頂點(diǎn)54(參閱圖8)以限定一立體角元件40。各立體角元件40的對稱軸線60位于與各溝槽組以接近于45°進(jìn)行設(shè)置的一平面內(nèi)。另外，各立體角元件的對稱軸線與基塊10的底面12以接近于35.26°進(jìn)行設(shè)置。此外，在各立體角元件40中，包含著底面12的法向矢量與對稱軸線60的平面以45°角與槽底21及槽底38相交。要理解的是，立體角元件40可包含如美國專利4,775,219號中所揭示的距離垂直度較小的偏差。
在如圖5-8所示的實(shí)施例中，第一非光學(xué)表面50形成25.36度的第一后角φ1，而第二非光學(xué)表面52形成25.36度的第二后角φ2。為通過僅使用一種機(jī)加工工具結(jié)構(gòu)而提高制造效率，后角φ1和φ2是相等的。然而，要意識到的是，這些角度可互不相等。第一非光學(xué)表面50與第二非光學(xué)表面52沿著一邊緣51相交。該邊緣51設(shè)置在垂直于底面12并與第一溝槽組16中的諸溝槽以及第二溝槽組30中的諸溝槽形成接近45°角的平面內(nèi)。邊緣51以底面12的法向軸線為基準(zhǔn)成接近于35.26°的角σ(參閱圖8)。
當(dāng)在這里使用時(shí)，術(shù)語“后角”是指介于其中設(shè)有立體角元件40的一個(gè)表面的平面與基塊10的底面12的法向矢量之間的角。設(shè)置在垂直于底面12的一平面內(nèi)的諸表面、諸如圖1-4中所示的諸光學(xué)表面44、46形成零度后角。相反，諸非光學(xué)表面50、52分別形成后角φ1和φ2，各后角接近于25.36度。雖然后角φ1和φ2的值并不是本發(fā)明的關(guān)鍵所在，但可考慮制造需要以及利用幾何光學(xué)原理來確定這些后角的較佳范圍。
垂直于基塊10的底面12延伸的諸表面對于制造回射薄片的工藝是不利的。尤其是，垂直于底面12的表面在模制加工過程中會使應(yīng)力集中。該應(yīng)力會使立體角元件物理變形，從而引起相應(yīng)的光畸變。另外，垂直于底面12的表面增加了卸下結(jié)構(gòu)化表面14的復(fù)制模的難度。因此，從制造角度來看，較理想的是分別形成具有非零后角φ1和φ2的表面50、52，以便在制造回射薄片的加工過程中防止應(yīng)力集中。
然而，光學(xué)因素對后角φ1和φ2的較佳范圍設(shè)定了上限。尤其是，邊緣51較佳地以角σ設(shè)置，以使位于大致平行于邊緣51的平面內(nèi)的、以預(yù)定入射角ε入射在底面12上的光線在基塊10的表面上被折射，并以等同于角σ的角度穿過基塊10傳播。利用幾何光學(xué)原理，角σ可從下列等式得出σ=sin-1(sin(ε)/n)式中，n是基塊材料的折射率，ε是入射在薄片底面12上的光的入射角(即入射角)。然后，通過下列等式可計(jì)算出后角φ1和φ2，從而得出以角σ設(shè)置的邊緣51φ1=φ2=cos-1cosσsinβ]]>通過實(shí)例，假定該模具被用于形成由一種折射率為1.5的材料制成的、被設(shè)計(jì)成使入射到底面12上的光線限制在入射角ε為60°，角σ=35.26°，并且角φ1和φ2=25.36°的回射薄片?；厣浼夹g(shù)領(lǐng)域中的任何一位普通技術(shù)人員要意識到的是，較佳的角φ1和φ2的值是入射角(針對該入射角設(shè)計(jì)薄片)和材料折射率(薄片由該材料制成)的函數(shù)。通常，后角φ1和φ2的較佳范圍在5°到45°之間。更佳的范圍在20°到30°之間。
因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，通過在一適當(dāng)?shù)幕鶋K中機(jī)加工兩組溝槽組可制造一種適用于形成回射薄片的原始模具。該第一溝槽組16較佳地包括多條平行溝槽18，各溝槽限定設(shè)置在垂直于基塊10的底面12延伸的一平面內(nèi)的一光學(xué)表面20以及設(shè)置在與垂直于基塊10的底面12的一平面一起構(gòu)成一25.36°的后角φ1的一平面內(nèi)的一非光學(xué)表面22。第二溝槽組30較佳地包括多條平行溝槽32，各溝槽限定設(shè)置在垂直于基塊底面12延伸的一平面內(nèi)的一光學(xué)表面34和設(shè)置在與垂直于基塊10的底面12的一平面一起構(gòu)成一25.36°的后角φ2的一平面內(nèi)的一非光學(xué)表面36。有利的是，第一溝槽組16與第二溝槽組30可由同一種的機(jī)加工工具加工而成。
圖9-10中示出了本發(fā)明模具的另一實(shí)施例，它提供了一種具有一結(jié)構(gòu)化表面的原始模具，該結(jié)構(gòu)化表面包含設(shè)置在共基準(zhǔn)面上方處于不同高度上的立體角元件。圖9-10中所示實(shí)施例的模具可通過首先進(jìn)行圖1-8所示步驟、然后進(jìn)行刨削操作以降低某些立體角元件的高度來進(jìn)行制造。另外，刨削操作可在圖1-8所示步驟之前進(jìn)行。按圖9-10形成作為一模具的復(fù)制模的回射制品在支撐墊層方面發(fā)現(xiàn)有特殊的效用。該墊層由較高的立體角元件支撐，減小了在墊層與剩余的立體角元件之間形成光耦合的可能性。
根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例，可改變一溝槽組內(nèi)相鄰溝槽間的距離以形成大小不同的立體角元件。相鄰溝槽較佳地相隔10到700微米之間，更佳地為26到260微米之間。變化的溝槽間距可結(jié)合多種立體高度一起使用或者分別使用。
圖11-14示出了根據(jù)本發(fā)明的原理制造的模具的另一實(shí)施例。圖11-14所示模具包括具有一底面112和包含一個(gè)立體角元件140的陣列的一結(jié)構(gòu)化表面的一基塊110。各立體角元件140包括被設(shè)置得與底面112的法向矢量成后角α1(圖12)的第一四邊形光學(xué)表面142和同樣被設(shè)置得與底面112的法向矢量成后角α2(圖13)的第二四邊形光學(xué)表面144。第三四邊形光學(xué)表面146被設(shè)置成與底面12成一斜角。各立體角元件140還包括第一四邊形非光學(xué)表面150和第二四邊形非光學(xué)表面152，它們沿邊緣151相交。圖11-14所示實(shí)施例的模具在形成模具的精確復(fù)制模的制造工藝方面發(fā)現(xiàn)有特殊效用。已確定的是，垂直于底面延伸的諸表面對結(jié)構(gòu)化表面的精確復(fù)制模的制造工藝不利。提供光學(xué)表面142和144的后角是為了保證沒有任何的結(jié)構(gòu)化表面部分垂直于底面112延伸。
制造圖11-14所示的模具只需在參照圖1-9所述的工序中作較少的變動。提供包括一底面112和一加工面114的基塊110。在基塊110的加工面114中形成包括多條平行溝槽的第一溝槽組116。然后在基塊110的加工面114中形成第二溝槽組130。如上所述，第二溝槽組130和第一溝槽組116必須相交于夾角β，這在第一溝槽組116的光學(xué)表面120與第二溝槽組130的光學(xué)表面134之間形成一垂直二面角。該所需的交角β是立體角元件所形成的光學(xué)表面后角α1和α2的函數(shù)，并且必須計(jì)算出來以確保光學(xué)表面142、144基本垂直。在α1=α2的實(shí)施例中，β可由下列公式進(jìn)行計(jì)算β=Cos-1(Tan2(α))請注意，對于圖3-8所示實(shí)施例來說，后角α1=α2=0°，交角β=90°。較佳地，后角α1、α2在0°到20°之間，更佳地在3°到10°之間。因此，交角β的較佳范圍從90°到82°。
形成第二溝槽組130產(chǎn)生了多個(gè)具有第一光學(xué)表面142和大致垂直于第一光學(xué)表面142的第二光學(xué)表面144的結(jié)構(gòu)。然而，在機(jī)加工過程中的此點(diǎn)上，該結(jié)構(gòu)的第三光學(xué)表面分別不垂直于第一和第二光學(xué)表面142和144。因此，必須進(jìn)行第三機(jī)加工工序，以便在相互垂直于光學(xué)表面142和144的平面內(nèi)形成第三光學(xué)表面146。第三光學(xué)表面146所處的角度可為光學(xué)表面142和144所形成的后角α1、α2以及基角β的函數(shù)，由下列公式得出σ2=tan-1[tanαsin(β/2)]]]>較佳地，在形成第一溝槽組116和第二溝槽組130之后執(zhí)行形成第三光學(xué)表面146的機(jī)加工工序，然而，也可在形成諸溝槽組之前執(zhí)行此項(xiàng)工序。在一較佳實(shí)施例中，第三光學(xué)表面146是通過在形成諸溝槽組116和130之后機(jī)加工去除部分模具加工面所形成的。較佳地，機(jī)加工操作將模具以與諸溝槽組116和130成近似45°角橫放，從而在對角線上進(jìn)行切割。本技術(shù)領(lǐng)域中的任何一名普通技術(shù)人員要意識到的是，必須精確地執(zhí)行該項(xiàng)操作，以避免損壞相鄰立體角元件的光學(xué)表面。在某些實(shí)施例中，可能有必要調(diào)節(jié)立體角元件的高度，以減小損壞相鄰立體角元件的可能性。
根據(jù)本發(fā)明原理所制造的原始模具包括一個(gè)立體角陣列陽模。因此，該陣列適用于生產(chǎn)用于制造回射制品的模具的原始模具。該原始模具的結(jié)構(gòu)化表面可用、例如本技術(shù)領(lǐng)域中的那些熟練技術(shù)人員所知的傳統(tǒng)的電鍍技術(shù)來復(fù)制，以形成具有立體角陣列的一個(gè)復(fù)制陰模。然后，通過傳統(tǒng)的模制工藝可制造回射制品。
現(xiàn)已參照本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例描述了本發(fā)明。上述詳細(xì)的描述和實(shí)例僅僅是為了便于清楚地理解本發(fā)明而給出的。不應(yīng)理解為不必要的限制。對本技術(shù)領(lǐng)域中的那些熟練技術(shù)人員而言一目了然的是，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，在諸實(shí)施例中可進(jìn)行許多修改。因此，本發(fā)明的范圍并不受此所描述的精確的細(xì)節(jié)和結(jié)構(gòu)限制，而是由權(quán)利要求的語句所描述的、以及那些結(jié)構(gòu)的等效物所限定。
權(quán)利要求
1．一種制造立體角原始模具的方法，包括下列步驟提供一可機(jī)加工基塊，所述基塊具有設(shè)置在一基平面內(nèi)的一底面和與所述底面相對的一加工面；在所述加工面內(nèi)形成第一溝槽組，所述第一溝槽組包括至少兩條平行溝槽，各溝槽限定第一光學(xué)表面和第一非光學(xué)表面；在所述加工面內(nèi)形成第二溝槽組，所述第二溝槽組包括至少兩條平行溝槽，各溝槽限定第二光學(xué)表面和第二非光學(xué)表面，所述第二溝槽組與所述第一溝槽組以基角β相交，以使所述第二光學(xué)表面與所述第一光學(xué)表面以垂直二面角相交；以及在所述加工面上形成第三光學(xué)表面，以使所述第三光學(xué)表面與第一光學(xué)表面以及第二光學(xué)表面以直角相交，從而形成一立體角元件。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述第一溝槽組的步驟包括用一不對稱工具機(jī)加工所述加工面。
3．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述第一溝槽組的步驟包括形成以與垂直于所述底面延伸的一矢量成0度到20度之間的一角度設(shè)置的所述第一光學(xué)表面。
4．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述第一溝槽組的步驟包括形成以與垂直于所述底面延伸的一矢量成5度到45度之間的一角度設(shè)置的所述第一非光學(xué)表面。
5．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述第一溝槽組的步驟包括在第一溝槽組中相鄰溝槽之間形成10到700微米之間的距離的步驟。
6．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述第一溝槽組的步驟包括在溝槽組中相鄰溝槽之間形成26到260微米范圍內(nèi)的距離的步驟。
7．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述第一溝槽組的步驟包括變化第一溝槽組中相鄰溝槽之間的距離的步驟。
8．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述第二溝槽組的步驟包括用一不對稱工具機(jī)加工所述加工面。
9．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述第二溝槽組的步驟包括形成以與垂直于所述底面延伸的一矢量成0度到20度之間的一角度設(shè)置的所述第二光學(xué)表面。
10．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述第二溝槽組的步驟包括形成以與垂直于所述底面延伸的一矢量成5度到45度之間的一角度設(shè)置的所述第二非光學(xué)表面。
11．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述第二溝槽組的步驟包括在第二溝槽組中相鄰溝槽之間形成10到700微米之間的距離的步驟。
12．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述第二溝槽組的步驟包括在第二溝槽組中相鄰溝槽之間形成26到260微米范圍內(nèi)的距離的步驟。
13．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述第一溝槽組的步驟包括變化第一溝槽組中相鄰溝槽之間的距離的步驟。
14．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述第二溝槽組的步驟包括以82度到90度之間的基角β機(jī)加工所述第二溝槽組的步驟。
15．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述第二溝槽組的步驟包括以88度到90度之間的基角β機(jī)加工所述第二溝槽組的步驟。
16．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述加工面上形成第三光學(xué)表面的步驟包括形成一大致平行于所述底面的一光學(xué)表面的步驟。
17．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述加工面上形成第三光學(xué)表面的步驟包括對部分加工面進(jìn)行機(jī)加工，以便以所述底面為基準(zhǔn)成0度到20度之間的斜角設(shè)置第三光學(xué)表面的步驟。
18．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述加工面上形成第三光學(xué)表面的步驟包括對部分加工面進(jìn)行機(jī)加工，以便以所述底面為基準(zhǔn)成3度到10度之間的斜角設(shè)置第三光學(xué)表面的步驟。
19．一種根據(jù)權(quán)利要求1所制造的原始模具。
20．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括下列步驟在一種適用作為模具的材料中形成所述立體角元件的復(fù)制模。
21．一種適用于制造回射薄片的原始模具，所述原始模具包括具有設(shè)置在基矢量中的一底面和與所述底面相對的一結(jié)構(gòu)化表面的一基塊，所述結(jié)構(gòu)化表面包括一個(gè)立體角元件陣列，其中至少一個(gè)立體角元件包括第一四邊形光學(xué)表面；與所述第一四邊形光學(xué)表面以垂直二面角相交的第二四邊形光學(xué)表面；與所述第一四邊形光學(xué)表面以垂直二面角相交并與所述第二四邊形光學(xué)表面以垂直二面角相交以形成一立體角頂點(diǎn)的第三四邊形光學(xué)表面；以垂直于所述基平面延伸的一矢量為基準(zhǔn)成一后角設(shè)置的第一四邊形非光學(xué)表面；以及以垂直于所述基平面延伸的一矢量為基準(zhǔn)成一后角設(shè)置的第二四邊形非光學(xué)表面。
全文摘要
本發(fā)明提供一種適用于制造回射薄片的原始模具。該原始模具包括由兩個(gè)相交溝槽組(116,130)所形成的一個(gè)立體角元件(140)的陣列。該立體角元件包括一四邊形基底、三個(gè)互相相交于一點(diǎn)以限定一立體角頂點(diǎn)的四邊形光學(xué)表面(142,144,146)以及兩個(gè)非光學(xué)表面(150,152)。本發(fā)明還提供一種用于制造適用于制造回射薄片的原始模具的方法。在適當(dāng)?shù)幕鶋K的加工面內(nèi)形成包含多條平行溝槽的第一溝槽組(116)。該第一溝槽組(116)中的各條溝槽形成第一光學(xué)表面(142)和第一非光學(xué)表面(150)。第一溝槽組中的相鄰溝槽相隔一段足以在兩者之間限定由位于一側(cè)上的第一光學(xué)表面(142)、一頂面(146)和與第一光學(xué)表面相對的第一非光學(xué)表面(150)所限定的結(jié)構(gòu)的距離。然后在基塊內(nèi)形成包含多條平行溝槽的第二溝槽組(130)。該第二溝槽組中的各條溝槽形成第二光學(xué)表面(144)和第二非光學(xué)表面(152)。第二溝槽組與第一溝槽組以一交角相交,以使第一光學(xué)表面(142)與第二光學(xué)表面(144)相交,而在兩個(gè)表面之間限定一垂直二面角。第二溝槽組(130)的形成產(chǎn)生處多個(gè)結(jié)構(gòu)(140),各個(gè)結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)相互垂直的光學(xué)表面(142,144)、一頂面(146)以及兩個(gè)非光學(xué)表面(150,152)。從各結(jié)構(gòu)的頂面形成第三光學(xué)表面(146),以使該第三光學(xué)表面(146)在第一光學(xué)表面(142)和第二光學(xué)表面(144)之間限定一垂直二面角,從而形成一立體角元件(140)。
文檔編號G02B5/12GK1235573SQ97199339
公開日1999年11月17日 申請日期1997年1月28日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月1日
發(fā)明者K·L·史密斯 申請人:美國3M公司