CN103576218A

CN103576218A - 一种高效光返射微结构

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Publication number: CN103576218A
Application number: CN201210264396.1A
Authority: CN
Inventors: 赵建平
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-07-30
Filing date: 2012-07-30
Publication date: 2014-02-12

Abstract

本发明涉及一种高效光返射微结构，具体地说是一种可使入射光线经过多次反射后，光线沿原入射方向返回的微结构。其在观测角特性方面表现优异且能够被用于交通标识、工程标示、警戒标示、指南标识、回射衣料用品等上令人满意的加以使用回射、返光结构。

Description

一种高效光返射微结构

技术领域

本发明涉及一种高效光返射微结构，具体地说是一种可使入射光线经过多次反射后，光线沿原入射方向返回的微结构。具体是有关在观测角特性方面表现优异且能够被用于交通标识、工程标示、警戒标示、指南标识、回射衣料用品等上令人满意的加以使用回射、返光结构；

背景技术

关于由持有卓越的回射效率以及入射角特性的六边形立方角回射元件构成的回射结构，以前有过若干提案，但是兼具有高的光返射率、大的光返射角度以及易于加工等特点的微结构相关技术至今仍然很少。

现有的利用微结构进行高效光返射主要是由四面体微棱镜结构衍生的。根据反射面的几何形状，现有返光阵列通常可分为Triangular Corner Cube Array(TCCA)和Rectangular Corner Cube Array(RCCA)两种。其中TCCA的三个返光平面为三个全等的等腰直角三角形；RCCA的三个平面为三个全等的正方形。其中TCCA的结构相对简单，加工容易，但是逆向反射性能不及RCCA，特别是在0度角入射情况下，TCCA的反光效率远远低于100％；RCCA虽然在0度入射角情况下(即远距离观测情况下)具有很好的逆向反射性能，反射效率接近100％，但是结构复杂，加工困难且在光线大角度入射情况下，反射效率较低。

基于上述考虑，本专利提出一种全新的光返射微结构，该结构由构成八面体的紧邻的且相互垂直的三个面组成返光微单元；成千上万的返光微单元按照规则进行紧密排列即构成完整的返光微结构；同时通过调整返光微结构的几何参数，我们可以对获得最大返光效率的入射光角度进行选择，通过设计可以在非0度入射角情况下获得最高的光返射率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种不仅可以获得最高接近100％的光返射率，同时在大的角度范围内可以维持较高的光返射率，通过设计结构还可以在非零度角入射情况下获得接近100％的光返射率。

本发明的技术解决方案：一种高效光返射微结构，其特征如下：

1、一种高效光返射微结构，其特征在于所述微结构具有如下特征：该高效光返射微结构由阵列化的微单元拼接而成，每个微单元由构成八面体的三个相邻的面A、B、C组成；面A与面B为长方形，面C为六边形且有且仅有一个内角大于180度，面A和面B和面C这3个面面面相互垂直；面A与面B共用一条长边P.设面A、面B、面C这3个面交点为P1，P线的另一个端点为P2；面A的一条短边同时又是面C的一条边，面B的一条短边同时又是面C的另一条边；面C包括相互平行的两组短边和另外相互平行的一组边L1与L2；L1、L2均不与面A和面B共用，但L1与面A中的P边的对边有共用的端点；L2与面B中的P边的对边有共用的端点；

2、根据权利要求1所述的一种高效光返射微结构，其特征在于：高效光返射微结构由权利要求1所述的微单元在三维方向进行平行移动拼接而成，在拼接过程中微单元结构不需要进行旋转操作；

3、根据权利要求1所述的一种高效光返射微结构，其特征在于：包含权利要求1所述的微单元三个面在内的八面体的八个面两两平行；

4、根据权利要求1所述的一种高效光返射微结构，其特征在于：设面C中大于180度的内角的顶点为C0；在直线P与点C0构成的平面内，沿P2点与C0点构成直线P2C0方向入射的光线经面C反射后的反射光线为0；当入射光线与上述反射光线0平行且反方向入射时，可以获得接近100％的最高光返效率；即通过调节L1与L2构成的平行四边形的形状，调节L1与L2构成的平行四边形内角θ的角度值以及C0点的位置，可在特定的方向获得接近100％的光返回效率(即光返射率)。

5、根据权利要求1所述的一种高效光返射微结构，其特征在于：为了在大角度范围均获得比较好的返光效果，本专利所述的构成高效返光微结构的微单元中线段P的长度和线段P1C0的长度要远大于面A中与边P相互垂直的边的边长，同时也远大于面B中与边P相互垂直的边的边长，其比值通常大于1小于4；

6、根据权利要求1所述的一种高效光返射微结构，其特征在于：本专利所述的高效返光结构可以采用注塑、模压等方法进行批量化制备。

7、根据权利要求1所述的一种高效光返射微结构，其特征在于：本专利所述的高效返光结构可以在光线入射面填充空气，也可以在光线入射面填充高折射率材料，通过填充高折射率材料可以在更大角度获得良好的返光效果。此外，可以在结构表面镀金属膜实现光线反射，也可以利用全反射原理在不镀金属的情况下实现光线的反射.

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)与现有的市场上正在广泛使用的三棱锥状反光材料相比，本发明发展的新结构构成的反光材料可以获得接近100％的最高光衍射效率；

(2)传统光学结构仅在0度入射角情况下具有最高的光反射率，很难在其它入射角度下，比如10度入射角度下，获得100％的光返射率，本专利发展的新技术，通过调节微结构参数，可以在任意需要的特定角度下获得最高的100％光返射率；

(3)与现有的立方角锥棱镜构成的反光膜相比，传统反光膜仅在0度角入射情况下能够获得100％的衍射效率，在大的入射角度下很难保持较高的光返射率；本专利发展的技术可以在较大的入射角范围内依然具有强烈的光返射效果。

附图说明

图1为本发明涉及的包含面A面B面C构成的微单元在内的八面体结构示意图，1为面A，2为面B，3为面C，4为L1，5为L2，6为面A与面B的交线P，7为P的端点P1，8为P的另一端点P2，9为面C中大于180度的内角的顶点C0，10为L1与L2构成的平行四边形内角θ；

图2为实施例1中面A、面B、面C构成的返光微结构单元俯视图；1为面A，2为面B，3为面C，4为L1，5为L2，6为面A与面B的交线P，7为P的端点P1，8为P的另一端点P2，9为面C中大于180度的内角的顶点C0，10为L1与L2构成的平行四边形内角θ；

图3为实施例2中面A、面B、面C构成的返光微结构单元俯视图；21为面A，22为面B，23为面C，24为L1，25为L2，26为面A与面B的交线P，27为P的端点P1，28为P的另一端点P2，29为面C中大于180度的内角的顶点C0，20为L1与L2构成的平行四边形内角θ；

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式详细介绍本发明。但以下的实施例仅限于解释本发明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，而且通过以下实施例本领域技术人员即可以实现本发明权利要求的全部内容。

实施例1：

一种在0度角入射情况下获得100％最高返光效率的微结构薄膜。

该高效光返射微结构由阵列化的微单元拼接而成，每个微单元由构成八面体的三个相邻的面A、B、C组成；面A与面B为长方形，面C为六边形且有且仅有一个内角大于180度，面A和面B和面C这3个面面面相互垂直；面A与面B共用一条长边P，P边边长为P0.设面A、面B、面C这3个面交点为P1，P线的另一个端点为P2；面A的一条短边同时又是面C的一条边，面B的一条短边同时又是面C的另一条边；面C包括相互平行的两组短边和另外相互平行的一组边L1与L2；L1、L2均不与面A和面B共用，但L1与面A中的P边的对边有共用的端点；L2与面B中的P边的对边有共用的端点；

定义出发于P1，与P成45度角且其上每一点与面A、面B等距离的射线所在的方向我们称之为0度入射角方向。定义光返射率为沿入射光线方向原路径返回的光线与入射光线总数的比值。为了使0度入射角方向入射的光线能够获得最高的光返射率，根据权利要求4中的特征，可推导出微棱镜中面A与面B的交线P的边长必须等同于P1点C0点构成的线段长度，且L1与L2构成的平行四边形中的锐角θ必须等于90度。其微单元俯视图见图2。

将图2所示的微单元进行两维移动拼接，即完成高效反光膜层的设计；利用金刚刀车削等工艺完成该结构的制备，并在其表面镀金属膜，填充高折射率材料作为折光介质和保护层即完成该返光材料的制备。

实施例2：

一种在10度角入射情况下获得接近100％返光效率的微结构薄膜：

该高效光返射微结构由阵列化的微单元拼接而成，每个微单元由三个相邻的面A、B、C组成，见图3；面A与面B为长方形，面C为六边形且有且仅有一个内角大于180度，面A和面B和面C这3个面面面相互垂直；面A与面B共用一条长边P，P边边长为P0.设面A、面B、面C这3个面交点为P1，P线的另一个端点为P2；面A的一条短边同时又是面C的一条边，面B的一条短边同时又是面C的另一条边；面C包括相互平行的两组短边和另外相互平行的一组边L1与L2；L1、L2均不与面A和面B共用，但L1与面A中的P边的对边有共用的端点；L2与面B中的P边的对边有共用的端点；

定义包含出发于P1，平行于0度入射方向，且与面P1C0P2垂直的平面为垂直方向平面。在垂直方向平面内，与出发于P1的0度入射光线方向成10度夹角的入射光线定义为本实施例提及的10度入射方向或10度方向。

利用ZEMAX软件模拟，在软件中设置从P2点射向面C的各种不同角度的光线，根据计算结果挑选出出射光线为10度方向对应的那根光线及与面C的交点，该交点即C0点；最后根据几何关系即可确定出L1与L2构成的平行四边形的形状及其内角θ；

将图3所示的微单元进行两维移动拼接，即完成高效反光膜层的设计；利用金刚刀车削等工艺完成该结构的制备，并在其表面镀金属膜，填充高折射率材料作为折光介质和保护层即完成该返光材料的制备。

本发明未详细阐述的部分属于本领域的公知技术。

Claims

1.一种高效光返射微结构，其特征在于所述微结构具有如下特征：该高效光返射微结构由阵列化的微单元拼接而成，每个微单元由构成八面体的三个相邻的面A、B、C组成；面A与面B为长方形，面C为六边形且有且仅有一个内角大于180度，面A和面B和面C这3个面面面相互垂直；面A与面B共用一条长边P.设面A、面B、面C这3个面交点为P1，P线的另一个端点为P2；面A的一条短边同时又是面C的一条边，面B的一条短边同时又是面C的另一条边；面C包括相互平行的两组短边和另外相互平行的一组边L1与L2；L1、L2均不与面A和面B共用，但L1与面A中的P边的对边有共用的端点；L2与面B中的P边的对边有共用的端点。

2.根据权利要求1所述的一种高效光返射微结构，其特征在于：高效光返射微结构由权利要求1所述的微单元在三维方向进行平行移动拼接而成，在拼接过程中微单元结构不需要进行旋转操作。

3.根据权利要求1所述的一种高效光返射微结构，其特征在于：包含权利要求1所述的微单元三个面在内的八面体的八个面两两平行。

4.根据权利要求1所述的一种高效光返射微结构，其特征在于：设面C中大于180度的内角的顶点为C0；在直线P与点C0构成的平面内，沿P2点与C0点构成直线P2C0方向入射的光线经面C反射后的反射光线为0；当入射光线与上述反射光线0平行且反方向入射时，可以获得接近100％的最高光返效率；即通过调节L1与L2构成的平行四边形的形状，调节L1与L2构成的平行四边形内角θ的角度值以及C0点的位置，可在特定的方向获得接近100％的光返回效率(即光返射率)。

5.根据权利要求1所述的一种高效光返射微结构，其特征在于：为了在大角度范围均获得比较好的返光效果，本专利所述的构成高效返光微结构的微单元中线段P的长度和线段P1C0的长度要远大于面A中与边P相互垂直的边的边长，同时也远大于面B中与边P相互垂直的边的边长，其比值通常大于1小于4。

6.根据权利要求1所述的一种高效光返射微结构，其特征在于：本专利所述的高效返光结构可以采用注塑、模压等方法进行批量化制备。

7.根据权利要求1所述的一种高效光返射微结构，其特征在于：本专利所述的高效返光结构可以在光线入射面填充空气，也可以在光线入射面填充高折射率材料，通过填充高折射率材料可以在更大角度获得良好的返光效果。此外，可以在结构表面镀金属膜实现光线反射，也可以利用全反射原理在不镀金属的情况下实现光线的反射。