CN101371169A - 后向反射器 - Google Patents

Abstract

一种后向反射器，具有至少一个有高的后向反射效率和非常宽的后向反射范围的后向反射元件。该后向反射元件包括主反射角隅，该主反射角隅包括公共反射表面和概念性阶式表面，该公共反射表面是形成为单独几何平面的光学表面，该概念性阶式表面以直角与所述公共反射表面相交；以及多个辅助反射角隅，该多个辅助反射角隅沿所述阶式表面排列，使其角隅以直角与所述公共反射表面相交，且每个角隅包括一对专有反射表面，该专有反射表面是单独几何平面的光学表面，且该对专有反射表面以直角相交。

Description

后向反射器

技术领域

[01]本发明总体上涉及后向反射器(retro-reflector)，其具有至少一个能够在光照射的方向上后向反射入射光的后向反射元件，更具体而言，涉及后向反射器，其被安装或附着，以便在光照射的方向上后向反射光，从而增加各种交通安全特征或物体的夜间可视性，该后向反射器尤其具有高的后向反射效率和宽的可视后向反射范围。

背景技术

[02]众多必须在夜间可视的交通安全特征(例如交通标志、路面标志、导标、三脚架等)或物体(例如安全服、自行车、头盔、鞋等)具有安装或贴附于其上的后向反射器，这样，通过朝发射该光的光源来后向反射从正面入射的光，增加了物体的可视性。

[03]通常，应用于该物体的后向反射器具有玻璃珠或角隅棱镜(cornercube)。

[04]然而，这些常规后向反射器具有这样的问题：以入射光量与后向反射光量的比率来表示的后向反射率很低，并且随着光的入射角增大而显著减小，因此后向反射的范围很窄。

[05]例如，在使用玻璃珠的常规后向反射器的情况下，由于入射到玻璃珠边缘或入射到玻璃珠之间空隙处的光不被后向反射，存在总后向反射率降低的问题，因此亮度很低。

[06]在使用角隅棱镜的常规后向反射器的情况下，总后向反射率比使用玻璃珠的常规后向反射器高。然而，当光的入射角由于光源的运动而变大时，暴露表面的可视面积(apparent area)(即从光源方向观察时，暴露表面的面积)没有选择，只能几何减少。此时，由于能够后向反射入射到暴露表面的光的后向反射面积的百分比进一步减小，从而使用角隅棱镜的常规后向反射器时具有亮度随入射角的大小成正比显著降低的问题。因此，入射角的后向反射范围(即可视后向反射范围)非常窄，而且能够后向反射大入射角的光(其在角度大于预定角度时以特定方向偏转出暴露表面的正面)的后向反射器很难设计和制造。

发明内容

技术问题

[07]因此，为了解决相关技术中出现的问题作出了本发明，并且本发明的目的在于提供后向反射器，当入射光的入射角增加时，该后向反射器的后向反射率只是略有减小，因此对于从任何角度入射的光的后向反射率总体很高。

[08]本发明的另一目的在于提供后向反射器，其中可视后向反射范围的方向在设计步骤中轻易地变化，因此可以自由改变而不必限制与暴露表面正面(即暴露于光源的表面)的角度。

技术方案

[09]为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了具有至少一个后向反射元件的后向反射器，其具有高反射效率和非常宽的后向反射范围。该后向反射元件包括主反射角隅(mother reflecting corner)，其包括形成为单独几何平面的光学表面的公共反射表面和以直角与该公共反射表面相交的概念性阶式表面；以及多个辅助反射角隅，该多个辅助反射角隅沿该阶式表面排列，其角隅以直角与该公共反射表面相交，且每个角隅包括一对专有反射表面，该反射表面是单独几何平面的光学表面且以直角相交。

[10]此处，可用选自平面、曲面和结合了多个平面的多边形面的概念性表面形成阶式表面。主反射角隅和每个辅助反射角隅均可具有小于1的宽长比(aspect ratio)。

[11]另外，主反射角隅和每个辅助反射角隅均可具有一角隅方向，该角隅方向相对于其角隅入射平面的法线偏转小于45度的偏转角。

[12]相比于使用角椎棱镜或玻璃珠的常规后向反射器，本发明的后向反射器具有宽的后向反射区，因此具有高的后向反射率，后向反射率定义为入射光量与后向反射光亮的比率。另外，尽管入射光的入射角增加，但后向反射率只是缓慢减小，所以，本发明的后向反射器具有宽的后向反射范围。此外，具有最大后向反射率的主反射方向可容易地变化，并且曲率非常好，该曲率定义为以具有预定入射角或更大入射角的入射光的后向反射性能。

有益效果

[13]为了实现这些目的，根据本发明的后向反射器具有至少一个后向反射元件，其具有高的后向反射效率以及非常宽的后向反射范围。该后向反射元件包括主反射角隅，其包括形成为单独几何平面的光学表面的公共反射表面和以直角与该公共反射表面相交的概念性阶式表面；以及大量辅助反射角隅，其沿阶式表面排列，其角隅以直角与该公共反射表面相交，且每个角隅包括一对专有反射表面，该反射表面是单独几何平面的光学表面且以直角相交。

[14]

[15]此处，可用选自平面、曲面和结合多个平面的多边形面的概念性表面来形成阶式表面。主反射角隅和每个辅助反射角隅均可具有小于1的宽长比。

[16]另外，主反射角隅和每个辅助反射角隅可以每个具有以小于45度的偏转角相对于其角隅入射平面的法线偏转的角隅方向。

[17]相比于使用角椎棱镜或玻璃珠的常规后向反射器，本发明的后向反射器具有宽的后向反射区，因此具有高的后向反射率，该后向反射率定义为入射光量与后向反射光亮的比率。另外，因为当入射光的入射角增加时，后向反射率只是略有减小，所以，本发明的后向反射器具有宽的后向反射范围。此外，具有最大后向反射率的主反射方向可以容易地变化，并且曲率非常优异，该曲率定义为以具有预定入射角或更大入射角的入射光的后向反射性能。

附图说明

[18]图1示出根据本发明第一实施例的后向反射器的立体图；

[19]图2示出根据本发明实施例的后向反射器的横截面图；

[20]图3是图2沿X-X线的剖面图；

[21]图4示出根据本发明第一实施例的后向反射器的后向反射路径的放大立体图；

[22]图5和6是放大图，示出根据本发明第一实施例的后向反射器的有效(significant)后向反射区和使用角隅棱镜的常规后向反射器的有效后向反射区的比较；

[23]图7示出根据本发明第二实施例的后向反射器的立体图；

[24]图8示出根据本发明第二实施例的后向反射器的平面图；

[25]图9是图8沿X-X线的剖面图；

[26]图10示出全反射棱镜的立体图；

[27]图11示出全反射棱镜的侧剖图；

[28]图12示出根据本发明第三实施例的后向反射器的正视图；

[29]图13是图12沿X-X线的剖面图；

[30]图14是图13沿Y-Y线的剖面图；

[31]图15是图13沿y-y线的剖面图；

[32]图16示出根据本发明第四实施例的后向反射器的平面图；

[33]图17是图16沿X-X线的剖面图；

[34]图18示出根据本发明第五实施例的后向反射器的平面图；

[35]图19是图18沿X-X线的剖面图；

[36]图20示出根据本发明第六实施例的后向反射器的正面立体图；

[37]图21是图20沿X-X线的剖面图；

[38]图22是图21沿Y-Y线的剖面图；

[39]图23示出根据本发明第七实施例的后向反射器的平面图；

[40]图24是图23沿X-X线的剖面图；

[41]图25示出根据本发明第八实施例的后向反射器的正面立体图；

[42]图26是图25的剖面图；

[43]图27是图25的平面图；

[44]图28示出根据本发明第九实施例的后向反射器的平面图；

[45]图29是图28沿Y-Y线的剖面图；

[46]图30是图28沿X-X线的剖面图；

[47]图31示出根据本发明第十实施例的后向反射器的平面图；

[48]图32是图31沿F-F线的剖面图；

[49]图33是立体图，示出安装了根据本发明第十一实施例的路面标志的公路；以及

[50]图34示出根据本发明第十一实施例的路面标志的立体图。

具体实施方式

[51]下文中，将更加具体的说明根据本发明的后向反射器的各种实施例。

[52]实施例1

[53]图1示出根据本发明第一实施例的后向反射器的立体图。图2示出根据本发明实施例的后向反射器的截面图。图3是图2沿X-X线的剖面图。

[54]根据本发明的后向反射器通常由光学透明材料制成，例如玻璃、水晶、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯、紫外光(UV)固化树脂、丙烯等。

[55]如图1、2和图3所示，根据第一实施例的后向反射器在其后面形成有一个后向反射元件10。该后向反射元件10是两种反射角隅(即主反射角隅11和辅助反射角隅12)的结合。

[56]主反射角隅11包括公共反射表面111(形成为单独几何平面的光学表面)和阶式表面112a(以直角与公共反射表面111相交的概念性表面)。辅助反射角隅12是一排纵向形成于阶式表面112a上的反射角隅，其中每个反射角隅是形成为单独的几何平面的光学表面，并且其由一对以直角相交的专有反射表面121和122组成。

[57]后向反射元件10具有后向反射结构，其结合了两个全反射棱镜反射结构(将会详细说明)，全反射棱镜被设计为利用以直角相交的两反射表面进行全反射，即结合的全反射棱镜型后向反射结构成排形成，其中每个辅助反射角隅12包括两个以直角在阶式表面112a相交的专有反射表面121和122，其为主反射角隅11的任意一个反射表面。

[58]如图4所示，该后向反射元件10形成后向反射结构(例如角隅棱镜)，其中每个辅助反射角隅12的专有反射表面121和122与公共反射表面111以直角相交，形成三个反射表面，因此，入射到专有反射表面121和122任意一个或公共反射表面111的光，以该光照射的方向后向反射。

[59]大体上，每个辅助反射角隅12的专有反射表面121或122和公共反射表面111这样形成，使他们彼此间以约90度的面间角相交。然而，反射表面111与反射表面121或122之间的面间角可以在小于3度的角度范围内被设计为小于或大于90度，以便根据光源和观察者间的距离成圆锥形地漫反射和反射被反射的光Lr。另外，每个反射表面(即形成后向反射元件10的反射表面111或反射表面121或122)的背面涂覆诸如水银层或铝层的反射层，其作用为阻止以小于临界角的入射角入射到每个反射表面的入射光透射。

[60]在根据本发明的后向反射器中，后向反射元件的主反射角隅11的宽长比W/L和后向反射元件的辅助反射角隅12的宽长比w/l越小越好。这是因为当入射光的入射角变大时，反射角隅的宽长比越小，每个专有反射表面121或122的后向反射区(图5中的斜线)的减小率越小，从而增加后向反射率。因此，每个反射角隅的宽长比W/L和w/l中任意一个优选地小于1，更优选小于0.5。

[61]同时根据本发明的后向反射器可以通过冲压金属板或压铸光泽材料制成没有介质的形式，例如以仅具有后向反射元件的金属板的形式。

[62]在这一根据本发明的后向反射器中，当入射光Li的入射角由于光源(例如汽车前大灯)运动而增大时，其后向反射率(定义为入射光Li的量与后向反射光Lr的量的比率)相比于利用玻璃珠以及相比于利用角隅棱镜的后向反射器明显要高，因此亮度非常高。

[63]图5和图6中，示出了具有相同入射角的根据本发明的后向反射器和利用角隅棱镜的后向反射器的后向反射区。

[64]如图5所示，在折射率和入射角相同的情况下，相比于图6所示的利用角隅棱镜的常规后向反射器，本发明的后向反射器的后向反射区的百分比(即后向反射区(当从光源观察时后向反射元件)(斜线区)的可视面积的百分比)更高，所以相比于常规后向反射器，其具有更高的后向反射率和更宽的可视后向反射范围。

[65]总体上，在后向反射器的情况下，后向反射区的百分比根据入射光的入射方向而变化，后向反射率因此变化。因此每个后向反射器的主反射方向D是后向反射率最大的。

[66]如图6所示，利用角隅棱镜的常规后向反射器包括具有相同尺寸和形状角隅棱镜的反射表面R1，R2和R3，这样，对平行于光轴(定义为连接角隅棱镜的每个反射表面中心的直线)入射的光来说，后向反射率最大。因此，利用角隅棱镜的常规后向反射器通常具有对应于主反射方向的光轴。由于很难在设计步骤中改变光轴的方向，主反射方向D相对于暴露于光源的平面不会明显偏离法线方向。另外，如可以从图6看出，当光的入射角增大时，光源侧反射表面R2和R3的后向反射区(斜线区)显著减小。出于此原因，后向反射率大大降低，因此可以后向反射的反射可视范围非常窄。

[67]相反，根据本发明的后向反射器可以通过容易地调整可变设计因素(例如主反射角隅的角隅方向Dm的斜率β和后向反射元件的入射平面10a的每个辅助反射角隅相对于暴露表面1a的角隅方向Ds)而变化却不受其角度限制，并因此具有这样的优点：可以制造主反射方向D根据光源相对位置而变化的各种后向反射器。

[68]术语定义

[69]反射角隅：由两光平面以直角相交形成的反射结构，该光平面是几何学意义的平面。

[70]阶式表面：在其上排列反射角隅的概念性表面。

[71]主反射方向：后向反射效率最大的入射方向。

[72]角隅方向：连接反射角隅的角隅和两反射平面R1和R2的外侧之间中点的中线方向。

[73]光轴：连接相互接触的光平面中心的直线。

[74]内部主反射方向：介质中后向反射率最大的入射方向。

[75]暴露表面：暴露于光源的后向反射器表面。

[76]入射角：入射光相对于光线入射至其上的平面的法线的倾斜角。

[77]元件入射平面：后向反射元件中连接公共反射表面外侧和阶式表面外侧的概念平面。

[78]角隅入射平面：在反射角隅连接两反射表面外侧的概念平面。

[79]实施例2

[80]图7所示的后向反射器表示第二实施例。该后向反射器中，主反射方向D(该方向上后向反射效率最高)以特定方向偏离暴露表面2a的法线N(即正面方向)。

[81]图10示出具有两个以直角相交的反射表面R1和R2的全反射棱镜P，其中全反射棱镜P可以利用由两反射表面R1和R2在投影方向形成的反射角隅来后向反射入射到入射平面F的光。

[82]全反射棱镜P的反射率根据入射角以及全反射方向D(能够在投影方向上反向反射所有入射光)而变化。

[83]全反射棱镜P可以对入射光进行全反射，也就是说，主要反射平行于入射平面F传播的被反射光。换句话说，如图11所示，全反射棱镜P可以全反射入射光Li，其反射角θr等于角θ，即当光主要在反射表面的任何一个R1上被反射时在光线主要被反射的反射表面R1和入射平面F之间的角。入射光Li的入射方向定义为全反射棱镜P的全反射方向D。

[84]如图11可见，全反射棱镜P的全反射方向D根据角隅方向Dc(定义为连接两反射表面R1和R2之间角隅E到入射平面F的中点M的中线方向)而几何变化，并且可选择地根据材料折射率n而变化。换言之，在两反射表面R1和R2的宽度是a和b的情况下，全反射方向相对于入射平面F的法线N的偏转角α可以根据角隅方向Dc相对于入射平面F的法线N的偏转角αc利用下述等式获得，αc由两反射表面的宽度比b/a确定且介质的折射率n符合Snell’s定律(n＝sinα/sinαc)。在下述等式中，符号θ指入射平面F和反射表面R1之间的角。角θ等于相对于反射表面R1以角隅方向Dc入射到反射表面R1的光线Li的入射角θi以及反射角θr的大小。

[85] $\mathrm{\θ}=\tan \frac{b}{a}$

[86]θ＝θ_i＝θ_r

[87]α_c＝90-2θ

[88] ${\mathrm{\α}}_c=90-2{\mathrm{Tan}}^{-1}\frac{b}{a}$

[89] $n=\frac{\sin \mathrm{\α}}{\sin {\mathrm{\α}}_c}$

[90] $\mathrm{\α}={\mathrm{Sin}}^{-1}\left\{n(90-2{\mathrm{Tan}}^{-1}\frac{b}{a})\right\}$

[91]根据本发明的后向反射器是具有后向反射元件20的反射器，后向反射元件20中结合了具有如上述全反射棱镜P中的反射结构的反射角隅(即主反射角隅21和辅助反射角隅22)，因此可以利用后向反射结构(包括主反射角隅21和辅助反射角隅22)以其照射方向后向反射穿过暴露表面2a入射的光。

[92]因此，在根据本发明的后向反射器中，图7示出的主反射角隅21的角隅方向Dm以及每个辅助反射角隅22的角隅方向Ds根据介质折射率而变化，并调节后向反射元件20的内部主反射方向Di的方向和偏转角αi，以便其可以容易地设计从而改变主反射方向D(其中后向反射率最大)和偏转角α。换言之，在设计步骤中，调节公共反射表面211的和阶式表面212的宽度比a/b(如图7所示其确定主反射角隅21的角隅方向Dm)，以及两专有反射表面221和222的宽度比d/c(如图9所示其确定辅助反射角隅22的角隅方向Ds)，从而根据介质折射率n调节后向反射元件20的内部主反射方向Di，这样可以容易地改变主反射方向D(在该方向后向反射率最大)，这样不需要考虑偏转方向或偏转角α就能使用后向反射器。

[93]根据第二实施例的后向反射器是介质折射率n为1的反射器，且该反射器中单独的后向反射元件20与暴露表面2a接触而形成，因此主反射方向D等于后向反射元件20的内部主反射方向Di。

[94]在后向反射器2中，如图8(αm)的横截面图所示，主反射角隅21的角隅方向Dm朝左侧偏转，而在每个阶式平面212a上以相同类型形成的每个辅助反射角隅22的角隅方向Ds向上偏转(αm)。因此，如图7所示，后向反射元件20的内部主反射方向Di和主反射方向D(其具有相同的方向)相对于暴露表面20a的法线N朝左侧上部偏转，这样，从左侧上部入射的光可以以最大比率后向反射。

[95]如从第二实施例的后向反射器可见，当根据本发明设计后向反射器，根据介质折射率n使用主反射角隅21的反射表面的宽度比b/a和每个辅助反射角隅22的反射表面的宽度比d/c可以调节后向反射元件20的内部主反射方向Di的偏转方向和偏转角αi，这样可以容易地改变所设计的主反射方向D和偏转角α。

[96]例如，在使用玻璃材料设计相对于主反射方向D具有偏转角α为90度的后向反射器2(其中折射率n是1.5，这样入射光以入射角约90度被后向反射)时，应该调节后向反射元件20的主反射角隅21的反射表面宽度比b/a和后向反射元件20的每个辅助反射角隅22的反射表面宽度比d/c，使得通过调节后向反射元件20的内部主反射角隅21的反射表面宽度比b/a，后向反射元件20的每个辅助反射角隅22的反射表面宽度比d/c等，使后向反射元件20的内部主反射方向Di对于暴露表面20a的偏转角αi等于41.81度。

[97] $n=\frac{\sin \mathrm{\α}}{\sin {\mathrm{\α}}_i}=\frac{\sin 90}{\sin {\mathrm{\α}}_i}$

[98] $n=\frac{\sin \mathrm{\α}}{\sin {\mathrm{\α}}_i}$

[99]

[100]同时，在使用折射率是n的材料设计根据本发明的后向反射器的情况时，由于入射到暴露表面20a的光的入射角不超过90度，后向反射元件20的内部主反射方向Di的偏转角αi优选地限制在下述等式示出的范围内，使得主反射方向D相对于暴露表面20a的法线N的偏转角α不超过90度。

[101] ${\mathrm{\α}}_i\≤{\mathrm{Sin}}^{-1}\left(\frac{1}{n}\right)$

[102]另外，由于通常使用折射率是1.4的材料制造后向反射器，后向反射元件20的内部主反射方向Di的偏转角αi优选地设计为小于45度，并可以使用下述等式确定。

[103]

[104]作为参考，图7示出根据本发明的第二实施例的后向反射器的主反射方向D的偏转角α的具体内容，当主反射角隅21的每个阶式表面212a的公共反射表面211的宽度是a和b(a＝b)，且当每个辅助反射角隅22的两专有反射表面221和222的宽度是c和d(c＝d)时，偏转角α以主反射角隅21的角隅方向Dm相对于元件入射平面20a的法线N的偏转角αm(其由下述等式(1)表述)朝在横向具有大的宽度的表面211偏转，并且以主反射角隅21的角隅方向Dm的方向元件的角(α1)朝在纵向(附图的垂直方向)具有大尺寸的专有反射表面221偏转，该角(α1)可以使用等式(3)从每个辅助反射角隅的角隅方向Ds的偏转角αs(其使用下述等式(2)表述)而计算出。

      ${\mathrm{\α}}_m={\mathrm{Sin}}^{-1}\left\{n(90-2{\mathrm{Tan}}^{-1}\frac{b}{a})\right\}$

[105](1)

      ${\mathrm{\α}}_s={\mathrm{Sin}}^{-1}\left\{n(90-2{\mathrm{Tan}}^{-1}\frac{d}{c})\right\}$

[106](2)

      ${\mathrm{\α}}_l={\mathrm{Tan}}^{-1}\left[\frac{b\tan {\mathrm{\α}}_s}{\sqrt{(a^2+b^2)}}\right]$

[107](3)

[108]实施例3

[109]图12示出了根据第三实施例的后向反射器，图13是图12沿X-X线的剖面图。

[110]如所示，第三实施例的后向反射器3是片形后向反射器，在该反射器中，以统一类型形成具有结合的棱镜反射结构的后向反射元件31和33，并且其通常用作具有多层结构(包括用于保护后向反射器表面的树脂层、能够反射光的反射层和用于粘附至另一物体的粘附层等)的后向反射膜或板中后向反射入射光的反射工具。

[111]如图14和15(沿图13的Y-Y和y-y线的剖面图)所示，后向反射器3具有两个主反射方向D1和D2，其偏转方向彼此相交并反向延伸，由于在其背面形成具有对称结构的专有反射表面321和322以及专有反射表面341和342，并因此交替地在横向形成两种后向反射元件31和33，以及辅助反射角隅32和34，它们具有彼此相反的角隅方向Ds。该后向反射器可以在相反的方向后向反射，使得其可以用作具有提高的可视性的标志，例如在路面的中线或公路的十字路口。

[112]该实施例中，反射表面311和331以及阶式表面312和332(它们形成主反射角隅31和33)可以形成为具有对称结构，如辅助反射角隅32和34。

[113]实施例4

[114]图16是平面图，示出根据本发明第四实施例的后向反射器。

[115]后向反射器4被设计为能够后向反射入射角很大的入射光。如图17(其是图16沿X-X线的剖面图)所示，由阶式表面412和公共反射表面411形成的主反射角隅41的反射方向Dm在任一侧(附图中为右侧)偏转，主反射方向D以与主反射角隅的角隅方向Dm相同的方向偏转，并根据介质的折射率n以约90度的偏转角α再次偏转。因此，第四实施例的后向反射器4主要可以后向反射入射光，其主反射方向D以约90度的角偏离暴露表面的法线N，因此其入射角为约90度。第四实施例的后向反射器4调节每个反射角隅42的专有反射表面421和422的宽度比(参见图9的c和d)，使其可以在横向上反射主反射方向D。

[116]实施例5

[117]图18是平面图，示出根据第五实施例的后向反射器，图19是图18沿X-X线的剖面图。

[118]如所示，设计根据第五实施例的后向反射器5，使得在其背面形成具有对称结构的公共反射表面51a和52a以及阶式表面51b和52b，因此两类后向反射元件(其中主反射角隅51和52的角隅方向Dm彼此相反)交替排列。因此，第五实施例的后向反射器具有两主要反射方向D1和D2，其偏转方向相反，使得其可以以相反方向进行后向反射，像上述第三实施例的后向反射器。

[119]实施例6

[120]图20是示出根据第六实施例的后向反射器的立体图。图21是图20沿X-X线的剖面图。图22是图21沿Y-Y线的剖面图。

[121]如图22所示，第六实施例的后向反射器6具有两个主要的反射方向D1和D2，它们的偏转方向彼此相反，原因在于横向形成了具有对称结构的两后向反射元件60和60’。特别地，如图21和22所示，后向反射器制造成具有直角平行六面体形，其中两后向反射元件60和60’的辅助反射角隅62和64(相互横向相邻)在阶式表面62a和64a(位于相同几何平面的概念性表面)上连续形成，而两后向反射元件60和60’的公共反射表面61和63形成于其前和后垂直侧面。

[122]该后向反射器6具有这样的结构，其中主反射方向D的偏转角α主要取决于主反射角隅61和62a和主反射角隅63和64a的角隅方向Dm以及介质的折射率n。因此，调节反射表面61或62a和阶式表面62a或64a(其形成主反射角隅61和62a以及主反射角隅63和64a)的宽度比b/a(其是确定角隅方向的偏转角α的设计因素)，即前、后方向上长度L和高度h的比率，这样，相反的主反射方向D的偏转角α可以容易地从0度到90度变化。

[123]因此，在使用折射率是n的材料制造根据第六实施例的后向反射器6时，在设计步骤调节公共反射表面61或63的宽度a和阶式表面62a或64a的宽度b的比率a/b(即后向反射器6的高度h和横向长度l的比率h/l)，这样，主反射方向D1和D2的偏转角α(将介质的折射率n应用到主反射角隅61和62a以及主反射角隅63和64a的角隅方向Dm)可大体上与入射光的入射角i匹配。结果，制造出了能够以最大后向反射率后向反射以特定入射角i入射的入射光Li的后向反射器。

[124]换言之，在主反射光的入射角是i的情况下，使用Snell's定律(n=sini/sin r)，后向反射器的公共反射表面61或63和阶式表面62a或64a(其中主反射角隅61和62a以及主反射角隅63和64a的角隅方向Dm的偏转角αm等于入射角r)的宽度比b/a，以及具有匹配该宽度比的高度h和横向长度l的后向反射器获得光的入射角r。结果，制造出能够大体上后向反射具有入射角i的光的后向反射器。

[125] $\sin r=\frac{\sin i}{n}$

[126] $\tan {\mathrm{\α}}_m=\frac{b}{a}$

[127]α_m＝r

[128] $\frac{b}{a}=\tan \left[{\mathrm{Sin}}^{-1}\left(\frac{\sin i}{n}\right)\right]$

[129] $\frac{h}{l}=\frac{a}{2b}$

[130] $\frac{h}{l}=\frac{1}{2}\tan \left[{\mathrm{Sin}}^{-1}\left(\frac{\sin i}{n}\right)\right]$

[131]例如，在设计和制造根据本发明的第六实施例的后向反射器以便其能够利用玻璃大体上后向反射具有入射角约90度至-90度之间的光Li的情况时，其折射率n是1.5，可以按下式获得高度和长度比。

[132] $\frac{h}{l}=\frac{1}{2}\tan \left[{\mathrm{Sin}}^{-1}\left(\frac{\sin 90}{1.5}\right)\right]=0.45$

[133]实施例7

[134]图23是平面图，示出根据本发明第七实施例的后向反射器，图24是图23沿X-X线的剖面图。

[135]如图23和24可见，根据第七实施例的后向反射器7制造为板形，并且设有微后向反射元件70和71，其位于后向反射器下方并具有类似于第六实施例的后向反射器6的反射结构。暴露表面7a基于后向反射器中心在相反的方向上向下倾斜。

[136]具有该结构的后向反射器7由于其具有两主反射方向D1和D2，所以可以以相反方向后向反射，并且具有相对于具有大入射角的入射光高的后向反射率，原因在于较之第六实施例中的后向反射器6，暴露于具有大入射角的入射光的暴露表面7a的可视区域得到增加，其中暴露表面7a是水平面。

[137]实施例8

[138]图25是示出根据本发明第八实施例的后向反射器的立体图，图26是示出根据本发明的第八实施例的后向反射器的侧剖图，图27是根据本发明的第八实施例的后向反射器的平面图。

[139]如图25和26可见，根据第八实施例的后向反射器8具有这样的结构，阶式表面82a用作概念性表面，在该概念性表面，辅助反射角隅排列并与公共反射表面81以直角相交，并且阶式表面82a与公共反射表面81一起形成主反射角隅，并且阶式表面82a总体上为圆柱形。

[140]具有该结构的后向反射器在径向上提供相同的后向反射结构，使其可以以相同的后向反射率、以与入射方向无关的方向后向反射所有方向入射的光。

[141]在根据第八实施例的后向反射器中，阶式表面82a可以形成为具有带多个几何平面的多边形，例如四方形柱或八方形柱。

[142]实施例9

[143]图28示出根据本发明第九实施例的后向反射器的正面立体图。图29是图28沿Y-Y线的侧剖图。图30是图28沿X-X线的剖面图。

[144]根据第九实施例的后向反射器9具有这样的结构，后向反射元件90在倾斜表面90a上向前和向上倾斜，倾斜表面90a在后向反射元件下面向前倾斜，在后向反射元件上表面形成从侧面观察时具有弓形横截面的暴露表面9a。

[145]具有该结构的后向反射器9对于利用光源的移动因而入射方向向上移动的光来说，具有高的后向反射率，原因在于暴露表面具有弓形横截面。因此，根据本发明第九实施例的后向反射器9可以用作路面标志，以提高例如公路中线或对向边界线的可视性。

[146]实施例10

[147]图31示出根据本发明第十实施例在后向反射元件间具有柔性结构的后向反射器的正视图，图32是图31沿F-F线的剖面图。

[148]在根据第十实施例的后向反射器100中，作为柔性结构的实例，后向反射元件101和102经排列，使得主反射角隅的角隅在横向和纵向相交，这样，在后向反射元件101和102之间形成的凹穴(recesses)103赋予了后向反射器柔性。

[149]如图32所示，当必须被弯曲以响应纵向或横向弯曲压力时，该后向反射器在凹穴103处弯曲。因此，后向反射元件101和102上的入射平面101a和102a保持几何学形状，使得后向反射率几乎没有减小。

[150]实施例11

[151]图33示出具有路面标志的公路的立体图，其中根据本发明的后向反射器用作反射工具，而图34示出路面标志的放大图。

[152]根据本发明的后向反射器可以用作反射工具，以提高物体(例如各种交通标志或汽车)的可视性，这是便保证夜间或雨天的可视性所必须的。图33和34中，作为示例性应用，示出了沿公路中线或最外车道安装路面标志PM，以提高司机在夜间或雨天对公路中线的可视性。

[153]如所示，路面标志PM通常通过柱埋入地下而固定，并设有从路面向上突出的头H。构建类似于第一和第二实施例中的1和2的后向反射器R，将其安装在头H的正面或后面，这样可将从汽车前大灯发射的光朝着司机呆后向反射回去。

[154]在根据第十一实施例的路面标志中，根据本发明的后向反射器R具有类似于第一和第二实施例中的后向反射器1和2的结构，因为在后向反射器底下形成单独的后向反射元件，且该反射器适合嵌入和固定附着到头H，头H是独立的固定结构。

[155]然而，在应用到路面标志的情况时，根据本发明的后向反射器R可以以片形或板形的形状制造，其中多个后向反射元件紧密排列于其底面上，使得其可以贴附到头H的正面或后面，像根据第三至第九实施例的后向反射器那样。另外，像根据第七至第九实施例的后向反射器那样，后向反射器自身埋入地下，使得后向反射器可以构建为起后向反射作用并作为路面标志的主体。

[156]实施例仅仅是提出以详细说明发明技术精神的实施例，因此本发明可具有除了这些实施例的大量应用。因此，该实施例不应被解释为具有限制本发明技术精神的意思。因此，如果其它未公开于本文的技术包括在本发明的基本技术精神中，尽管其结构不同但应理解为落入本发明的范围内。

Claims (16)

1.一种具有至少一个后向反射元件的后向反射器，其包括主反射角隅，所述主反射角隅包括公共反射表面和概念性阶式表面，该公共反射表面是形成为单独几何平面的光学表面，该概念性阶式表面以直角与所述公共反射表面相交；以及多个辅助反射角隅，该多个辅助反射角隅沿所述阶式表面排列，使其角隅以直角与所述公共反射表面相交，且每个角隅包括一对专有反射表面，该专有反射表面是单独几何平面的光学表面，且该对专有反射表面以直角相交。

2.如权利要求1所述的后向反射器，其中所述阶式表面是选自平面、曲面和结合了多个平面的多边形面的概念性表面。

3.如权利要求1所述的后向反射器，其中所述后向反射元件的主反射角隅具有小于1的宽长比(W/L)。

4.如权利要求3所述的后向反射器，其中所述后向反射元件的主反射角隅具有小于0.5的宽长比(W/L)。

5.如权利要求1所述的后向反射器，其中所述后向反射元件的每个辅助反射角隅具有小于1的宽长比(w/l)。

6.如权利要求5所述的后向反射器，其中所述后向反射元件的每个辅助反射角隅具有小于1的宽长比(w/l)。

7.如权利要求1所述的后向反射器，其中所述后向反射元件的主反射角隅具有的角隅方向相对于主反射角隅的角隅入射平面的法线以小于45度的偏转角偏转。

8.如权利要求5所述的后向反射器，其中所述后向反射元件交替排列，在所述后向反射元件中，所述主反射角隅的角隅方向的偏转方向彼此相反。

9.如权利要求1所述的后向反射器，其中所述后向反射元件的每个辅助反射角隅具有的角隅方向相对于所述辅助反射角隅的角隅入射平面的法线以小于45度的偏转角偏转。

10.如权利要求9所述的后向反射器，其中所述后向反射元件交替排列，在所述后向反射元件中，每个辅助反射角隅的角隅方向的偏转方向彼此相反。

11.如权利要求1所述的后向反射器，其中当所述后向反射元件具有为n的材料折射率时，所述后向反射元件具有的相对于暴露表面的法线的主反射方向的偏转角αi如下定义：

${\mathrm{\α}}_i\≤{\sin }^{-1}\left(\frac{1}{n}\right).$

12.如权利要求10所述的后向反射器，其中后向反射元件交替排列，在后向反射元件中，主偏转方向的偏转方向彼此相反。

13.如权利要求12所述的后向反射器，其中两邻近的后向反射元件的所述阶式表面和所述公用反射表面中任何其一形成为单独的平面。

14.如权利要求1所述的后向反射器，其中所述后向反射元件具有相对于暴露表面倾斜的元件入射平面。

15.如权利要求1所述的后向反射器，进一步包括允许所述后向反射器在相邻的后向反射元件间弯曲的柔性结构。

16.如权利要求1至15中任一项所述的后向反射器，其中所述后向反射元件以规则形式紧密排列。

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