CN107907927B - 一种三棱镜结构及其制备方法、及一种三棱镜阵列 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学反射结构，尤其涉及一种三棱镜结构及其制备方法、及一种三棱镜阵列。为了解决传统反光三棱镜结构，在直线光源的平行光路入射到其反射面时，无法改变其平行反射光路的问题，本发明提供一种三棱镜结构及其制备方法、及一种三棱镜阵列。所述三棱镜结构的横截面为三角形，所述三角形的两个侧边为向三角形内凹的弧形，所述三棱镜的两个侧面为凹弧面，所述凹弧面为反光面。该三棱镜结构的反光面为凹弧面，可将直线光源修饰为非平行光路，使反射光路产生偏转角。

Description

一种三棱镜结构及其制备方法、及一种三棱镜阵列

技术领域

本发明涉及一种光学反射结构，尤其涉及一种用于平行光路修饰的凹弧面三棱镜结构及其制备方法、及一种三棱镜阵列。

背景技术

传统的三棱镜其截面一般为标准的三角形结构，甚至是特殊的正三角形或等腰三角形等。三棱镜作为光学结构一般有如下两种用途：

(1)三条边对应的三面均为透光面，作为一种光学透射结构。通常利用两个侧面的折射光路用作为分光镜，或利用反射、全反射、折射光路作为反光镜，也可利用两个侧面折射向上的光路作为聚光镜，甚至是利用两个侧面结合特殊90°顶角作为回光镜。

(2)至少一条以上的边对应的面为反射面，作为一种光学反射结构。通常可利用多个三棱镜组合，利用其反射面来构成多次反射光路，作为导光镜，典型的如水下潜望、户外光线采集传导等应用。

针对反光用的三棱镜结构，中国专利申请200420034925.X(2004年1月14日)公开了一种模拟窗式自然光采集及传导装置，中国专利申请201420617918.6(2014年10月24日)公开了一种单摄像头全景记录装置，中国专利申请200910079162.8(2009年3月3日)公开了一种镜像立体摄像设备及方法。

然而，无论上述何种专利，反光用的三棱镜结构均为传统三棱镜结构，其截面三边形的所有边均为直线，或者说，其任意侧面均为一种标准平面，该种结构也只能完成简单的光路反射，当平行光源入射时是无法打破出射光的平行度的，更不用说对其修饰后使其满足特定光路反射规律(例如抬高或降低平均反射方向，便于其他关联部件完成对反射光的收集、再次反射、再次透射等要求，或是纯粹的光线扰乱或光线收敛)，从而导致了传统三棱镜结构的应用局限性。

因此，针对上述问题，有必要提出进一步的解决方案。

发明内容

为了解决传统反光三棱镜结构，在直线光源的平行光路入射到其反射面时，无法改变其平行反射光路的问题，本发明提供一种用于平行光路修饰的三棱镜结构及其制备方法、及一种三棱镜阵列。该三棱镜结构的反光面为凹弧面，可将直线光源修饰为非平行光路，使反射光路产生偏转角。

为了解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：

本发明提供一种三棱镜结构，所述三棱镜结构的横截面为三角形，所述三角形的两个侧边为向三角形内凹的弧形，所述三棱镜的两个侧面为凹弧面，所述凹弧面为反光面。

上述三棱镜结构的凹弧面为反光面，也称为凹弧面反光三棱镜结构。

凹弧面反光三棱镜结构能够渐变地修饰光路，也可称为一种光路可渐变修饰的凹弧面反光三棱镜结构。

进一步的，在所述三棱镜结构中，所述三角形的左侧弧边，圆弧所在圆心角为θ_a，所在弦的方向角为α₂；所述三角形的右侧弧边，圆弧所在圆心角为θ_b，所在弦的方向角为β₂，所述三角形的高为H；α₂与β₂均为锐角。

通过H、α₂和θ_a即可确定三角形左半部形状；通过H、β₂和θ_b即可确定三角形右半部形状。

H即是三棱镜结构的高度，H的范围是10^-2～10²mm，根据实际应用选择，不作优选。三棱镜结构的高度H可以选择10^-2～1mm，1～10²mm，0.1mm，或10mm。

所述三棱镜结构只定义形状，不定义大小，大小变化满足相似原则。

进一步的，在所述三棱镜结构中，所述三角形的左侧弧边与右侧弧边相互对称，α₂＝β₂，且θ_a＝θ_b。

进一步的，在所述三棱镜结构中，所述三角形的左侧弧边与右侧弧边不对称，α₂≠β₂或θ_a≠θ_b。

进一步的，在所述三棱镜结构中，α₂与β₂的范围分别为15°～75°。

进一步的，α₂与β₂的范围分别优选为30°～60°。进一步地，α₂与β₂分别优选为45°。θ_a与θ_b均为锐角，范围为0.5°～45°，优选为5°～20°，进一步地，优选为10°。

进一步的，所述三棱镜结构的侧面进行了反光处理形成反光面。

所述三棱镜表面的反光处理为利用任何化学、物理过程在表面产生反光面的方法，包括结构层上进行金属镀膜、高分子涂料涂覆，也可结构层材质本身直接打磨抛光或压延成型。

进一步的，所述三棱镜结构的凹弧面上设置有反射层。

反射层也称为反射面。反射面即反光面。

进一步的，所述反射层的材质选自金属镀层、或高分子涂层、或与结构层相同的材质。

所述反射层的形状为凹弧面。所述反射层为反光面。

进一步的，所述三棱镜结构还包括底材层，所述底材层紧贴于三棱镜的底面。

进一步的，在三棱镜结构中，所述底材层的厚度T＝0.1～10H，T优选为1H。

进一步的，所述结构层的材质选自高分子材料、金属材料或非金属材料中的一种或至少两种的组合；所述底材层的材质选自高分子材料或与结构层相同的材料。

本发明还提供一种三棱镜阵列(也称为三棱镜结构阵列)，所述阵列包括底材层和结构层，所述结构层置于底材层上，所述结构层包括若干三棱镜，所述三棱镜选自所述的三棱镜结构。

进一步的，在所述的三棱镜阵列中，所述三棱镜覆盖了底材层的表面。

本发明还提供一种所述的三棱镜结构的制备方法，所述方法包含下述步骤：

(1)在特定互补结构的模具中填充紫外光固化或热固化高分子材料、金属材料、非金属材料；

(2)利用光固化、热固化、冷却或是烧结成型工艺，脱模后制得特定的三棱镜结构；

(3)将三棱镜结构的侧面进行反光处理。

进一步的，上述步骤(2)中，三棱镜结构如与预期形状有差异，可通过精密切割、精密打磨处理侧面。

进一步的，所述制备方法包含下述步骤：

(1)将高分子材料、金属材料、非金属材料进行压延或是精密切割、精密打磨取得预期形状；

(2)将三棱镜结构的侧面进行反光处理。

进一步的，所述制备方法包含下述步骤：

(1)将金属材料进行压延或是精密切割、精密打磨取得预期形状；

(2)将三棱镜结构的侧面无需额外进行反光处理，直接将金属材质抛光成反光面。

本发明还提供一种光路可渐变修饰的光学反射结构的制备方法，包含下述步骤：

(1)在特定互补结构的模具中填充紫外光固化或热固化树脂；

(2)利用光固化或热固化成型工艺，脱模后制得特定的三棱镜结构；

(3)将三棱镜结构的侧面进行反光处理；

当平行光线入射到上述三棱镜结构的反光弧面上后，会打破原有平行度，导致反射光线之间产生偏转角。

本发明提供的三棱镜结构可将直线光源的平行光路通过反射修饰为非平行光路，修饰效果用以满足特定光路反射规律(例如抬高或降低平均反射方向，便于其他关联部件完成对反射光的收集、再次反射、再次透射等要求，或是纯粹的光线扰乱或光线收敛)，从而打破了传统反光三棱镜结构的应用局限。

与现有技术相比，本发明所提供的三棱镜结构及三棱镜阵列，具有下述特点：可将直线光源通过弧形反射面修饰为非平行光路，使反射光路产生偏转角。可用于需要扰乱直线光路或控制其出射光角度符合特定偏转角的场合。

附图说明

图1为微元反射界面上的光路方向角分析图；

图2为传统反光三棱镜结构的横截面上左半部入射的光路图；

图3为凹弧面反光三棱镜结构的横截面上左半部入射的光路图；

图4为一个完整传统反光三棱镜结构；

图5为含有底材的传统反光三棱镜结构阵列；

图6为本发明提供的三棱镜结构；

图7为本发明提供的三棱镜阵列；

图8为底材和结构层两层同材质的三棱镜阵列；

图9为底材和结构层、反射面三层同材质的三棱镜阵列；

图10圆弧的半径、对称出射光焦点、焦点到弦距离、弦长的数值关系。

其中：

01：水平方向

02：微元反射界面(任何曲线均可采用微元法分解)

020：02的法线

021：02上的入射光

022：021的对应反射光

023：021的延伸方向射线

03：传统反光三棱镜结构的横截面

04：凹弧面反光三棱镜结构的横截面

05：03或04的左侧反射界面

06：03或04的右侧反射界面

07：平行入射光源

08：07的反向射线

09：传统反光三棱镜结构(阵列)

091：09的结构层

092：09的左侧反光面

093：09的右侧反光面

094：09的底材层

10：凹弧面反光三棱镜结构(一个或阵列)

101：10的结构层

102：10的左侧反光面

103：10的右侧面

104：10的底材层

13：侧边圆弧的曲率半径R

14：关于圆弧对称的出射光路的焦点

15：焦点到圆弧弦的距离D

16：圆弧弦长L

50：05任意位置的切线

500：50的法线

501：50和500交点处的入射光

502：501的对应反射光

51：05的下切线

510：51的法线

511：51和510交点处的入射光

512：511的对应反射光

53：05的上切线

530：53的法线

531：53和530交点处的入射光

532：531的对应反射光

具体实施方式

为了更易理解本发明的结构及所能达成的功能特征和优点，下文将本发明的较佳的实施例，并配合图式做详细说明如下。

当光线入射到不规则反射面上时，入射位置该点的切线以及与该切线垂直的法线，基于入射光与反射光在反射平面上关于法线对称，即可确定完整反射光路。

图1所示为微元反射界面上的光路方向角分析图，以左侧为例，微元反射界面02视为直线，其方向角为α₀，那么法线09的方向角必然为90°+α₀，若一般平行入射光源07的方向角为那么其反向射线的方向角(等同于所在直线的方向角)为其逆时针旋转180°，为则法线与入射光反向射线的偏转角(前者-后者)为根据对称原则，入射光反向射线与出射光关于法线完全对称，那么出射光与法线的偏转角(前者-后者)也为因此

为了后续的示意图更加清晰，以左侧部分为例，将仅标注平行光源的反向射线的方向角以及不同入射位置的切线的方向角α_n(n＝0,1,2,3…)，其余的入射光、法线、反射光的方向角均由与α_n确定，因此无需标注：首先，对于平行光源而言，即便位置不同，所有入射光的角度均相同，同为其次，根据不同位置切线的角度α_n，可直接计算相应法线的角度必定为90°+α_n；最后，通过对称原理，可直接计算反射光的角度必定为

图2所示为传统反光三棱镜结构的横截面上左半部入射的光路图，平行入射光源07的方向角为其反向射线08的方向角为左侧反射界面05的方向角为α₀，则05上任意位置的切线50的方向角也为α₀(50与05重合，因此图中省略标注)，其法线500在极坐标中的方向角为90°+α₀，当入射光501射到反射界面05的任意位置时，501的对应反射光503的方向角均为可以发现，所有出射光线始终平行，其 γ_a与和α₀无关。特别的，当采用垂直入射光源时，反射光的方向角均为180°-90°+2α₀＝90°+2α₀，所有出射光线仍始终平行，其最大偏转角γ_a＝(90°+2α₀)-(90°+2α₀)＝0，仍与和α₀无关。

图3所示为凹弧面反光三棱镜结构的横截面上左半部入射的光路图，平行入射光源07的方向角为其反向射线08的方向角为定义凹圆弧的上下端点所在的切线称为上下切线，左侧反射界面05所在的下切线51的方向角为α₁，法线510的方向角为90°+α₁，上切线53的方向角为α₃，法线530的方向角为90°+α₃，而中间区域任意位置所在切线50的方向角为α₀，法线500的方向角为90°+α₀。当下端点处的入射光511入射到圆弧下切点时，其对应反射光513的方向角为当上端点处的入射光531入射到圆弧上切点时，其对应反射光533的方向角为而当中间区域垂直入射光501入射到圆弧中间区域时，其对应反射光503的方向角为显然介于与之间。容易发现，不同位置入射的反射光已经无法保持互相平行，其 即γ_a仅与θ_a有关，与和α_n均无关。特别的，当采用垂直入射光源时，反射光的最小方向角为90°+2α₁，最大方向角为90°+2α₃，最大偏转角γ_a＝(90°+2α₃)-(90°+2α₁)＝2(α₃-α₁)＝2θ_a，即γ_a仍然仅与θ_a有关，与和α_n均无关。

三棱镜结构中，如图4和图5所示，三棱镜的横截面的左侧边与水平线的夹角为α₂，α₂称为左侧边的方向角。三棱镜的横截面的右侧边与水平线的夹角为β₂，β₂称为右侧边的方向角。H为三棱镜结构的横截面中的三角形的高度。H也是结构层的高度。

如图6、图7、图8和图9所示，在凹弧面反光三棱镜结构中，横截面中，三棱镜左侧凹圆弧所在弦与水平线的夹角为α₂，左侧凹圆弧对应圆心角为θ_a，α₂称为左侧弦的方向角。三棱镜的横截面的凹圆弧所在弦与水平线的夹角为β₂，β₂称为右侧弦的方向角。H为三棱镜结构的横截面中的三角形的高度。H也是结构层的高度。

本发明所述凹弧面反光三棱镜结构中，其中结构层(三棱镜)的可选高度H为10^-2～10²mm，可根据实际光学器件大小和使用场合选择，H为10^-2～1mm较适合应用在微结构光学器件，H为1～10²mm较适合应用在普通光学器件。

结构层的可选材质为高分子材料、金属材料、无机非金属材料等：高分子材料可选通用塑料、工程塑料、一般塑料、橡胶、高分子涂料等，一般做结构件优选为工程塑料、一般塑料和高分子涂料(固化后)，考虑到成本、易制性、表面易处理性，微结构件优选高分子涂料，尤其是方便光固化转印微结构成型的丙烯酸类树脂(PMMA)，一般结构件则优选聚碳酸酯(PC)和有机玻璃(PMMA)；金属材料可选黑色金属、有色金属、特种金属和合金等，做一般结构件优选为成本较低的不锈钢、铝合金，做微结构件则采用延展性较好的铝箔、铜箔、锡箔等压延；无机非金属材料可选玻璃类、陶瓷类，不论一般结构件还是微观结构件均优选玻璃(SiO₂为主体成分)，且均需通过精密切割进行加工。

底材层的材质可选为同结构层的材质，配合采用一次成型工艺(注塑、浇铸、压延、精密切割等)；也可以选择不同于结构层的材质，配合采用二次成型工艺(复合、转印等)。其中不同于结构层的材质优选高分子材料，如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)中的一种，优选通用性高、成本较低、热稳定性好且易做表面处理的PET。

反射层(也称为反射面)的材质可选为金属镀层、高分子材料涂层，不论一般结构件还是微观结构件均可以选择金属镀层，镀层材料可选银、铝等，出于成本，除非对反射率高要求会选择镀银，否则选择镀铝即可；一般结构件还可以选择高分子材料涂层，涂层颜料优选TiO₂(做白反射的常用材料)；高分子涂层的平整度没有金属镀层精度高，会产生一定比例漫反射，因此高反射精度要求的结构器件尤其是微观结构器件均优先选择金属镀层。

下述所有实施例和对比例中：当结构层高度H在1～10²mm时均优选没有底材层，结构层材质优选为SiO₂、PMMA、PC、不锈钢、铝合金，反射层材质优选为Al、Ag、TiO₂；当结构层高度H在10^-2～1mm时均优选有底材层，材质优选为PET，结构层材质优选为PMMA，反射层材质优选为Al、Ag，底材层的厚度T可选为0.1～10H，优选为1H。

对比例1

如图4所示，用于对比的一个完整传统反光三棱镜结构09，包含结构层091，反射面092，结构层横截面03，左侧反射界面05为直线，方向角α₂为30°，右侧反射界面06，方向角β₂为30°，其中结构层高度H为10mm，结构层材质为SiO₂，反射面材质为Al。

对比例2

如图5所示，用于对比的含有底材的传统反光三棱镜结构阵列09，包含结构层091，反射面092，底材层093，结构层横截面03，左侧反射界面05为直线，方向角α₂为30°，右侧反射界面06为直线，方向角β₂为30°，其中结构层高度H为0.1mm，结构层材质为PMMA，底材层厚度T为结构层高度H的1倍，即0.1mm，材质为PET，反射面材质为Al。

实施例1

如图6所示，本发明提供的整个凹弧面反光三棱镜结构10，包含结构层101，左侧反射面102，右侧反射面103，结构层横截面04，左侧反射界面05为凹圆弧，所在弦的方向角α₂为15°，对应圆心角为θ_a为10°，右侧反射界面06为凹圆弧，所在弦的方向角β₂为15°，对应圆心角为θ_b为10°，其中结构层高度H为10mm，结构层材质为SiO₂，左侧反射面材质为Al，右侧反射面材质为Al。

实施例2

如实施例1提供的整个凹弧面反光三棱镜结构，所述左侧反射界面05中，弦的方向角α₂为30°，右侧反射界面06中，弦的方向角β₂为30°。

实施例3-22

如实施例2提供的整个凹弧面反光三棱镜结构，所述左侧反射界面05中，弦的方向角α₂、对应圆心角为θ_a，右侧反射界面06中，弦的方向角β₂、对应圆心角为θ_b，结构层高度H、结构层材质、左或右侧反射面材质均参照表3。

实施例23

如图7所示，本发明提供的凹弧面反光三棱镜结构阵列10，包含结构层101，左侧反射面102，右侧反射面103，底材层104，结构层横截面04，左侧反射界面05为凹圆弧，所在弦的方向角α₂为15°，对应圆心角为θ_a为10°，右侧反射界面06为凹圆弧，所在弦的方向角β₂为15°，对应圆心角为θ_b为10°，其中结构层高度H为0.1mm，底材层厚度T＝1H，结构层材质为PMMA，左侧反射面材质为Al，右侧反射面材质为Al，底材层材质为PET。

实施例24

如实施例23提供的凹弧面反光三棱镜结构阵列，所述左侧反射界面05中，弦的方向角α₂为30°，右侧反射界面06中，弦的方向角β₂为30°。

实施例25-37、44-45

如实施例23提供的凹弧面反光三棱镜结构阵列，所述左侧反射界面05中，弦的方向角α₂、对应圆心角为θ_a，右侧反射界面06中，弦的方向角β₂、对应圆心角为θ_b，结构层高度H、底材层厚度T、结构层材质、左或右侧反射面材质、底材层材质均参照表4。

实施例38

如图8所示，本发明提供的凹弧面反光三棱镜结构阵列10，包含结构层101，左侧反射面102，右侧反射面103，底材层104，结构层横截面04，左侧反射界面05为凹圆弧，所在弦的方向角α₂为45°，对应圆心角为θ_a为10°，右侧反射界面06为凹圆弧，所在弦的方向角β₂为45°，对应圆心角为θ_b为10°，其中结构层高度H为0.1mm，底材层厚度T＝1H，结构层材质为PMMA，左侧反射面材质为Al，右侧反射面材质为Al，底材层材质为PMMA。

实施例39

如实施例38提供的凹弧面反光三棱镜结构阵列，所述结构层材质为PC，底材层材质为PC。

实施例40

如实施例38提供的凹弧面反光三棱镜结构阵列，所述结构层材质为SiO₂，底材层材质为SiO₂。

实施例41

如图8所示，本发明提供的凹弧面反光三棱镜结构阵列10，包含结构层101，左侧反射面102，右侧反射面103，底材层104，结构层横截面04，左侧反射界面05为凹圆弧，所在弦的方向角α₂为45°，对应圆心角为θ_a为10°，右侧反射界面06为凹圆弧，所在弦的方向角β₂为45°，对应圆心角为θ_b为10°，其中结构层高度H为0.1mm，底材层厚度T＝1H，结构层材质、左侧或反射面材质以及底材层材质均为Al。

实施例42

如实施例38提供的凹弧面反光三棱镜结构阵列，所述结构层材质、反射面材质以及底材层材质均为Sn。如图9所示。

实施例43

如实施例38提供的凹弧面反光三棱镜结构阵列，所述结构层材质、反射面材质以及底材层材质均为Cu。如图9所示。

按照下述方式评价本发明提供的光路可渐变修饰的三棱镜结构或三棱镜阵列的主要性能。

(A)光路修饰效果

采用平行光源入射后其反射光的最大偏转角γ_a/γ_b的大小来评估光路修饰效果，越大修饰效果越显著。也可以用圆弧对应的圆心角θ_a/θ_b的大小来评估，如表1所示。表1中θ_a/θ_b＝5°、10°、20°、30°、45°、60°时(0.5°略)，关于侧边圆弧的曲率半径13、关于圆弧对称的出射光焦点14、焦点到弦的距离15、弦长16及其数值关系如图10所示(曲率半径R用100个单位表示)。

采用γ_a/γ_b的评价等级：极弱(0°,1°)<弱[1°,10°)<较弱[10°,20°)<适中[20°,40°)<较强[40°,60°)<强[60°,90°]<极强(90°,120°)。

相应采用θ_a/θ_b的评价等级：极弱(0°,0.5°)<弱[0.5°,5°)<较弱[5°,10°)<适中[10°,20°)<较强[20°,30°)<强[30°,45°]<极强(45°,60°)。

注：表示取值范围时圆括号“(”或“)”表示不包含端值，方括号“[”或“]”表示包含端值

值得注意的是，θ_a/θ_b不是越大越好，越大时其适用性会大大降低：以左侧参数为例，由于α₃＝α₂+0.5θ_a，α₁＝α₂-0.5θ_a，因此当α₂比较大时(如60～75°)或α₂比较小时(如15～30°)，若θ_a较大(30～60°)，越容易导致α₁<0°或α₃>90°，非锐角导致无法形成三棱镜结构。

因此本文建议θ_a/θ_b范围在修饰效果最终保持在弱～强之间选择，即0.5～45°，优选范围较弱～合适，即5～20°，因偏下限范围普适性相对更好，而在适中范围内更偏下限优选10°为最佳值。

表1光路修饰效果的评价等级和关联参数对应表

注：0°时为无限远，即不交汇，0～0.5°即“接近无限远”。“结构内”表示焦点距离过近，0.5倍弦长以内。L＝2R×cos(90-θ_a/2)D＝0.5L×Sin(90-θa)

(B)光学处理的灵敏度和精度之间的平衡

采用三棱镜结构凹凸或侧面圆弧弦的方向角(同平均方向角)来评价灵敏度和精度，当灵敏度和精度等级相同时视为平衡，等级差1～2级时视为不平衡，等级差3～4级时视为极不平衡，如表2所示。

在方向角变小时，反射光和入射光错开角度越小，即方向角越小时灵敏度越低，反之亦反，即方向角越高时灵敏度越高。因此如表2所示，灵敏度评价等级从低到高为：

1(0°～20°)<2(20°～40°)<3(40°～50°)<4(50°～70°)<5(70°～90°)。

在方向角变小时，单位投影面积变大，从入射(从远处入射可近似垂直入射)和反射的光线数量较多，即方向角越低时精度越高，反之亦反，即方向角越高时精度越低。因此如表2所示，精度评价等级从高到低为：

5(0°～20°)>4(20°～40°)>3(40°～50°)>2(50°～70°)>1(70°～90°)。

表2灵敏度和精度的平衡关系评价表

(C)加工难度

从结构层的尖锐程度、侧边凹陷程度大小以及结构层大小来综合评估加工难度。

结构层的尖锐程度受到弦的方向角α₂或β₂影响，α₂或β₂越小越平坦，α₂或β₂越大越尖锐。平坦的结构容易加工，不容易损坏；而尖锐的结构正好相反，难加工，也容易损坏。

结构层的侧边弯曲程度受到θ_a或θ_b影响，θ_a或θ_b越小弧面越直，越大弧面越弯。越直的弧面越容易加工，宏观结构件更易脱模、切割、打磨、抛光，微观结构件更易填充、脱模、压延。而越弯的弧面则越难加工，宏观结构件更难脱模、切割、打磨、抛光，微观结构件更难填充、脱模、压延。

结构层的尺寸大小受到高度H的影响，H越大，结构层越大，反之亦反。而尺寸大小可以同时放大或缩小所有加工难度，由于宏观结构件和微观结构件的加工方式确定后，其加工精度也就确定，相同加工精度下，尺寸越大难度越低，尺寸越小难度越大。一般的，当H属于10^-2～1mm时，属于微观加工范畴，当H越接近10^-2mm时，加工越难，当H越接近1mm时，加工越简单；一般的，在H属于1～10²mm时，属于宏观加工范畴，当H越接近1mm时，加工越难，当H越接近10²mm时，加工越简单；

表3三棱镜结构的实施例1-22、对比例1的性能对比

注：表中“/”代表“或”的意思。

如表3所示，本发明的实施例都对平行光源的出射光路修饰起到了一定的效果，突破了传统反光三棱镜的功能局限：(a)，通过实施例1-22的对比可以发现，当侧边圆弧弦的方向角α₂或β₂在优选范围15～75°取端值15°或75°时，光学处理的灵敏度和精度极不平衡，且75°时结构层太尖锐，加工难度高，在进一步优选范围30～60°取端值30°或60°时，光学处理的灵敏度和精度仍不平衡，且60°时结构层仍较尖锐，加工难度仍较高，仍不是最佳，最终进一步的优选值为45°的实施例3最佳，光学处理平衡且加工难度适中；(b)，通过实施例3和实施例6-9的对比可以发现，当侧边圆弧对应圆心角θ_a或θ_b在优选范围0.5～45°取端值0.5°或45°时，要么0.5°光学修饰效果弱，要么45°侧边太弯导致加工难度高，进一步优选范围5～20°取端值5°或20°时，要么5°光学修饰效果仍较弱，要么20°侧边太弯导致加工难度仍较高，仍不是最佳，最终进一步的优选值为10°的实施例3最佳，光学修饰效果适中且加工难度也适中；(c)，通过实施例3和10、11的对比可以发现，当结构高度H在宏观尺度的优选范围1～10²mm时，取端值10⁰mm、中间值(指数中间值)10¹mm、端值10²mm时，随着H增加尺寸大小引起的加工难度变低，需要依据整个器件要求配套选择合适尺寸，一般该尺度的结构件常优选10mm，加工难度也适中；(d)，通过实施例3、12-19的对比可以发现，结构层和反射面的材质并没有影响光学性能和加工难度，可以根据实际需要，采用不同结构大小，搭配选择SiO₂、PMMA、PC、不锈钢、铝合金等材质的结构层，以及Al、Ag、TiO₂的反射面；应当理解，更多材质搭配的实施例，在本文中虽不再列举，但不影响本发明的保护范围。(e)，表3中还列举了实施例20、21、22，所述整个凹弧面反光结构还是左右不对称的，分别采用三个不对称元素即三边形形状(α₂≠β₂)、不对称侧边圆弧曲率(θ_a≠θ_b)以及差异化反射面材质(左Al右Ag)来实现。应当理解，左右不对称的实施例还可以同时采用两种或三种不对称元素互相搭配，单一不对称元素的相关参数还有更多的选择，左右反射面也仍有更多材质搭配，在本文中虽不再列举，但不影响本发明的保护范围。

表4反光三棱镜结构阵列的实施例23-45、对比例2的性能对比

注：因表格空间有限，底材厚度T在表格中无法表示，其他实施例均为1H，唯实施例34、35不同，分别为10H和0.1H。其中实施例34底材较厚，额外成本太高，实施例35底材太薄，成型难度太大。

如表4所示，本发明的实施例都对平行光源的出射光路修饰起到了一定的效果，突破了传统反光三棱镜阵列的功能局限：(a)，通过实施例23～27的对比可以发现，当侧边圆弧弦的方向角α₂或β₂在优选范围15～75°取端值15°或75°时，光学处理的灵敏度和精度极不平衡，且75°时结构层太尖锐，加工难度高，在进一步优选范围30～60°取端值30°或60°时，光学处理的灵敏度和精度仍不平衡，且60°时结构层仍较尖锐，加工难度仍较高，仍不是最佳，最终进一步的优选值为45°的实施例25最佳，光学处理平衡且加工难度适中，因此，α₂与β₂可选范围为15°～75°，优选为30°～60°，进一步地，优选为45°；(b)，通过实施例25和28-31的对比可以发现，当侧边圆弧对应圆心角θ_a或θ_b在优选范围0.5～45°取端值0.5°或45°时，要么0.5°光学修饰效果弱，要么45°侧边太弯导致加工难度高，进一步优选范围5～20°取端值5°或20°时，要么5°光学修饰效果仍较弱，要么20°侧边太弯导致加工难度仍较高，仍不是最佳，最终进一步的优选值为10°的实施例25最佳，光学修饰效果适中且加工难度也适中，因此，θ_a与θ_b可选范围为0.5°～45°，优选为5°～20°，进一步地，优选为10°；(c)，通过实施例25和32、33的对比可以发现，当结构高度H在微观尺度的优选范围10^-2～1mm时，取端值10^-2mm、中间值(指数中间值)10^-1mm、端值10⁰mm时，随着H增加尺寸大小引起的加工难度变低，需要依据整个器件要求配套选择合适尺寸，一般该尺度的结构件常优选0.1mm，加工难度也适中；(d)，通过实施例25和34、35的对比可以发现，底材厚度T的可选范围为10～0.1H，取端值10H、中间值1H、端值0.1H时，随着T的增加，额外成本增多，随着T的减小，成型难度增加，一般优选T＝1H比较合适；(e)，通过实施例25、36-43的对比可以发现，结构层、反射面和底材的材质并没有影响光学性能和加工难度，可以根据实际需要，采用不同工艺选择各种搭配，如实施例25、36、37采用复合或UV转印工艺时可选择不同底材，如实施例38、39采用热压复合工艺时可选择底材层和结构层同材质，如实施例41-43采用金属箔片压延工艺时可选择底材层、结构层、反射面同材质，如实施例30采用微雕工艺时可选择SiO₂材质，雕出结构层的同时自然会留出底材层。应当理解，更多材质搭配的实施例，在本文中虽不再列举，但不影响本发明的保护范围；(f)，表4中还列举了2个实施例44、45，所述凹弧面反光结构左右不对称的，分别采用两种个不对称元素即三边形形状(α₂≠β₂)、不对称侧边圆弧曲率(θ_a≠θ_b)，应当理解，左右不对称的实施例还可以同时采用两种不对称元素互相搭配，单一不对称元素的相关参数还有更多的选择，在本文中虽不再列举，但不影响本发明的保护范围。

应当注意，以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡是根据本发明内容所做的均等变化与修饰，均涵盖在本发明的专利范围内。

Claims (6)

1.一种三棱镜结构，其特征为，所述三棱镜结构的横截面为三角形，所述三角形的两个侧边为向三角形内凹的弧形，所述三棱镜的两个侧面为凹弧面，所述凹弧面为反光面；所述三角形的左侧弧边，圆弧所在圆心角为θ_a，所在弦的方向角为α₂；所述三角形的右侧弧边，圆弧所在圆心角为θ_b，所在弦的方向角为β₂，所述三角形的高为H；所述三角形的左侧弧边与右侧弧边相互对称，α₂与β₂分别为45°，θ_a与θ_b分别为10°。

2.根据权利要求书1所述三棱镜结构，其特征在于，所述三棱镜结构的凹弧面上设置有反射层。

3.根据权利要求书1所述三棱镜结构，其特征在于，所述三棱镜结构还包括底材层，所述底材层紧贴于三棱镜的底面。

4.一种三棱镜阵列，其特征在于，所述阵列包括底材层和结构层，所述结构层置于底材层上，所述结构层包括若干三棱镜，所述三棱镜选自权利要求1-3中任一项所述的三棱镜结构。

5.根据权利要求4所述的三棱镜阵列，其特征在于，所述三棱镜覆盖了底材层的表面。

6.一种根据权利要求1-3中任一项所述的三棱镜结构的制备方法，其特征在于，所述方法包含下述步骤：

(1)在特定互补结构的模具中填充紫外光固化或热固化高分子材料、金属材料、非金属材料；

(2)利用光固化、热固化、冷却或是烧结成型工艺，脱模后制得特定的三棱镜结构；

(3)将三棱镜结构的侧面进行反光处理。