CN1723400A - 通过局部基片应力方法制造的具有可控发散度的后向反射器 - Google Patents

通过局部基片应力方法制造的具有可控发散度的后向反射器 Download PDF

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Abstract

通过对基片的相反侧引入应力或变化而使立方隅角阵列中某些立方隅角的二面角发生微小改变。具有畸变元件的阵列可以被复制以用于制造工具，而且该工具可以用于制造具有更宽发散度的后向反射产品。

Description

通过局部基片应力方法制造的具有可控发散度的后向反射器
技术领域
本发明涉及制造一种后向反射(retroreflective)物品的方法，该物品具有可控发散或发散度(divergence)，并且本发明涉及由所述方法制造的物品。
背景技术
众所周知的是后向反射物品可以由微立方隅角(microcube corner)元件阵列制成。这种微立方隅角元件阵列是通过在一张板材的平面内刻划出母片来制成的，其中母片具有“凸”立方隅角。这大体在Stamm的美国专利U.S.3712706有所描述。也在Pricone的美国专利U.S.4478769有详细描述，该专利被转让给共同受让人，其全文在此参考引入。
美国专利U.S.4478769描述了一种众所周知的制造三角立方隅角(triangular cube corner)元件的方法，其中用钻石切削工具来刻划母板的平面，该切削工具切出一系列精确平行的V形槽。为了刻划等边的三角立方隅角，应制成三组平行槽，三组平行槽的方向以60°角彼此相交；每个槽也应该具有对称设置的大致70.53°的夹角，而且将被刻划的槽深是由所需的立方隅角的高度决定的。这种方法自动在母片的表面产生成对的方向相反的等边三角微立方体阵列。为了刻划不等边的三角立方隅角，平行槽组内的槽的夹角应该是不同于70.53°的角，而且也不以60°的角相交，例如在Rowland的美国专利U.S.3684348中所公开的那样。用于刻划非三角立方隅角的方法一般不会使用三组平行的对称设置的V形槽，但立方隅角的面还是由槽壁形成的，例如在Nelson的美国专利U.S.4938563中所公开的那样。不通过刻划单个板材来形成立方隅角阵列的方法在美国专利U.S.6015214有所公开。本发明适用于所有的微立方隅角阵列，不管他们是如何形成的。
具有“凸”或“凹”立方隅角的母片可以用来制成凸凹交替的复制序列，例如通过电成型来制成序列。在任何阶段，都可以将复制品装配在一起，而装配品用来制成进一步的复制品。经过一系列的装配和复制阶段，可以形成单个“母模”。“母模”可以用来制造生产工具，例如通过电成型来制造，这种工具可以用来在塑性板材上形成微立方后向反射元件，例如通过压印法(embossing)、铸造法、压缩模塑法、或其它本领域已知的方法来形成反射元件。
微立方隅角后向反射薄片，例如用上述方法制成的薄片，用于公路安全应用装置中，例如公路标识和路牌。在这些应用装置中，微立方隅角元件将来自车辆前灯的光反射回到车辆司机的眼睛。这是一种不精确的后向反射或逆向反射，其中发散角α的范围在大约0°到大于3°之间。在任何给定的场合，α的有效值取决于车辆和司机的几何位置关系以及从车辆到后向反射材料的距离。例如，对于距离路标约40米的大卡车的右前灯及其司机而言，发散角大约是3°，而对于距离路标大约600米的汽车的左前灯及其司机而言，发散角大约为0.05°。
同样与发散角α相关的角度是旋转角ε，其是发散方向的一个测量值。对于车辆的左前灯和右前灯而言，ε值是不同的，ε值也取决于车辆和司机的几何位置关系以及路标的位置。对于将以任意方向安装在路标上的薄片而言，需要以任意ε值的后向反射。在ASTM E808的Standard Practice for Describing Retroreflection(描述后向反射的标准实施规范)中定义了α和ε角，该文件中称发散角α为“观察角”。
理想地，用于路标中的微立方隅角后向反射薄片所产生的后向反射光图案，应该在发散角值和旋转角值的一定范围内具有足够的强度。例如，即便非市区的后向反射公路标记应该能通过大约1°的发散角α后向反射光，其对应距离路标大约120米从大卡车右前灯返回到司机的α值。
提高在母板上刻划微立方隅角元件的精确度，以及提高复制元件特别是压印复制的精确度，会引起一些问题，即这种微立方隅角后向反射薄片可能只在一个很窄的发散角范围内，例如大约0.0-0.5度，是充分后向反射的。优选地，提供立方隅角阵列，其能够在阵列上产生整个所需的发散范围，并产生在很短距离内所需的发散，使得该后向反射物品的观察人能够认为该物品的后向反射是均匀的。
由于微立方体的尺寸很小，由微尺寸的立方隅角元件后向反射的光会经历一定量的衍射。这种衍射会导致在更宽的发散角和旋转角范围内的后向反射。α和ε的特定范围取决于给定微立方体的特定的衍射图案，而衍射图案取决于立方体尺寸、立方体形状、立方体材料的折射率，以及立方体表面是否被金属化。然而，衍射并不是一种理想的、通过更宽的发散角和旋转角范围来增强后向反射的方法，因为很小的微立方体可以获得更大的衍射，但同时也使相当量的光以大于约3°的发散角α后向反射，而这种光对于车辆司机来说是无用的。衍射也会产生特异的衍射图案，而这种图案不可能以利于车辆司机的方式来分布被后向反射的光。
利用立方隅角元件产生发散后向反射在本领域是已知的，该立方隅角元件具有刻意使其二面角稍微偏离90°的畸变。由P.R.Yoder，Jr.所著的经典论文″Study of Light Deviation Errors in Triple Mirrors andTetrahedral Prisms，″ J.Optical Soc.Amer.，vol.48，no.7，pp.496-499，July，1958，描述了由这种畸变导致的著名的光斑图案或斑点花样。
被转让给共同受让人的Heenan的美国专利U.S.3833285在这里全文参考引入，该专利描述了使宏观尺寸或大尺寸的立方隅角元件的一个二面角大于另外两个二面角，这样会导致微立方体中观察角范围的延伸，特别是后向反射光以延伸的图案发散。
刻划立方隅角阵列时，可以通过下述方法产生二面角误差，即，或者使槽边角稍微不同于设计角度，如Stamm的美国专利U.S.3712706所述的那样，或者使槽根或槽底的交叉角不同于设计角度，或者用这些方法的组合。
Appeldom的美国专利U.S.4775219公开了具有定制的发散剖面的后向反射物品，其中立方隅角元件是由三组相交的平行V形槽形成的，而且其中至少一组V形槽，以重复的图案包括至少两个彼此不等的槽面角。Nelson的美国专利U.S.4938563将美国专利U.S.4775219的方法延伸到槽面角相异的非重复图案。
转让给共同受让人的Heenan等人的美国专利U.S.6015214描述了形成微立方体的方法，即在多个平板的侧边(edge)刻划出V形槽，该专利公开了切削工具相对于被刻划板边的倾角可以连续调整，因为每个槽被作为切削工具移动过板边的距离的函数而被切削。
于2002年6月11日递交的序列号为S.N.10/167135的在审的美国专利申请要求于2001年6月11日递交的序列号为S.N.60/297394的利益，该申请公开了后向反射物品和制造后向反射物品的方法，该后向反射物品由刻划出三组相交的平行V形槽产生，并具有可控制的更宽的发散，其中通过在刻划至少一组V形槽的过程中刻意使切削工具和基片表面彼此摆动，可以产生不均匀的刻划，即立方体二面角偏离精确的90°。
因此，本发明的一个目的是提供一种物品，其包括后向反射微立方隅角元件阵列，具有可控的更宽的发散。
本发明的另一个目的是提供一种制造这种物品的方法。
发明内容
根据本发明的方法，提供基片，其具有相反的第一表面和第二表面，所述第一表面具有立方隅角元件阵列。以可控的方式在所述第二表面上的一个或多个局部区域对所述基片进行加工，从而使所述基片材料的应力产生局部改变。加工的程度和加工位置的设置可以是基本规则的，或者可以具有可控的不规则性。所述基片足够薄，使得由所述第二表面上的加工引起的应力改变会使一个或多个所述立方隅角元件的一个或多个二面角改变，所述立方隅角元件与加工区域相反。所述被影响的立方隅角元件二面角的改变的量级是一度的几分之一。这种改变足以在所述立方隅角元件内产生畸变，从而影响由所述立方隅角后向反射的光的发散。例如通过铸造法、压印法、压缩模塑法、或其它的方法，具有一个或多个畸变立方隅角元件的阵列可以按所需的次数被复制、装配、和再复制，并可以用来形成工具，该工具适用于制造微棱镜薄片。比较于由下述阵列制成的立方隅角薄片而言，即，不具有畸变立方隅角元件的阵列、或者具有经固定角度偏差形成的畸变大致相同的立方隅角元件的陈列，由这种工具制造的立方隅角薄片具有更宽的发散范围。在一个优选的实施例中，所述阵列的总后向反射率(retroreflectance)基本得以保持。
附图说明
通过结合附图阅读下面的具体描述，将会更好地理解本发明上述的和其它的新颖性特征和优点，其中：
图1A是基片的俯视图，该基片具有在其上形成的后向反射三角立方隅角元件的标准图案，如本领域已知的那样。
图1B是图1A中基片的前视图，此时立方隅角元件是凸的。
图1C是图1A中基片的前视图，此时立方隅角元件是凹的。
图2是金属基片横截面的显微照片，该基片在其一个表面上具有多个立方隅角元件，在相反的表面上的三个不同的位置处承受激光能。
图3A是三角立方隅角元件的一个实验阵列的示意性俯视图，其中在中心立方隅角元件处引入了应力。
图3B是三角立方隅角元件的一个实验阵列的示意性俯视图，其中在两个立方隅角元件间的区域引入了应力。
图3C是三角立方隅角元件的一个实验阵列的示意性俯视图，其中在六个立方隅角元件间的区域引入了应力。
图4A的曲线图示出了针对三个不同的旋转角、示意性的现有技术的未畸变的立方隅角薄片在2°的发散角范围内的RA计算值。
图4B的曲线图示出了针对三个不同的旋转角、示意性的现有技术的立方隅角薄片在2°的发散角范围内的RA计算值，该薄片是由在刻化过程中畸变的母片制成的。
图4C的曲线图示出了针对三个不同的旋转角、示例性的的根据本发明制成的立方隅角薄片在2°的发散角范围内的RA计算值，其中对每12个立方隅角元件引入一次应力。
图4D的曲线图比较图4A三条曲线的平均值、图4B三条曲线的平均值、和图4C三条曲线的平均值。
具体实施方式
本发明使用的术语“立方隅角元件(cube corner element)”包括由三个互相相交的面构成的那些元件，这些相交面的二面角基本是90°的量级，但不必精确地为90°。
本发明使用的术语“基片”意思是一定厚度的材料，具有在其第一表面上形成的凸或凹立方隅角元件阵列。第二表面可以是平的，或者是不平坦的具有大致对应前表面上的立方隅角元件阵列的图案。对于凸立方隅角元件而言，用语“基片厚度”指的是材料厚度，立方隅角元件设置在该材料上。对于凹立方隅角元件而言，用语“基片厚度”指的是材料的总厚度，凹立方隅角元件在该材料内形成凹槽(cavity)。
本发明使用的术语“发散度(divergence)”和“发散角(divergenceangle)”指的是光进入后向反射元件(即，立方隅角)的方向和光离开那个元件的方向之间的夹角或角度。在后向反射器(retroreflector)的光度学体系中，这个角度常被叫做“观察角”。非后向反射(non-retroreflecting)的凸立方隅角一般被描述成具有相关凹立方隅角的发散度，该凹立方隅角的几何形状与凸立方隅角的几何形状互补并由相同的材料构成。
光后向反射成二维的强度图样，发散角测出与该图样中心的距离。本发明使用的用语“发散范围”指的是发散角范围，对于这个发散角范围，后向反射图样比较强从而能用于后向反射物品的预期目的。
本发明使用的用语某实体的“第n级复制”指的是从第一实体开始的复制链的产物，所述复制链包括正好n-1个中间复制品。直接复制品称为第一级复制品。复制指的是对实体的立方隅角阵列化的表面几何形状的复制，可以理解的是，大多数复制方法从凸阵列产生凹阵列，并从凹阵列产生凸阵列。可以进一步理解的是，只需要最后实体的某部分仅仅是第一实体某部分的第n级复制品，就可以适用该术语。如果在复制链中还有装配步骤，最后实体的很多部分可能都是相同第一实体的第n级复制品。如果最后实体的一部分是第n级复制品，而最后实体的另一部分是相同第一实体的第m级复制品，那么最后实体是第一实体的第n级复制品，也是第m级复制品。复制可以通过电成型(electroforming)、铸造(casting)、模制(molding)、压印(embossing)或其它方法实现，从而以所需的精确度复制表面几何形状。
本发明使用的术语“畸变”指的是立方隅角元件一个或多个二面角的小改变，该改变化足以引起该元件后向反射的光的发散度的改变。
本发明使用的术语“总后向反射率”指的是相对于入射光通量，发散角在4度以内的后向反射光通量的总量。入射角接近正入射。入射光接近国际照明委员会标准施照体A(CIE Illuminant A)，而读出值接近CIE V(λ)。当确定调节反射器的过程是否保持了总后向反射率时，对反射器的任何褪色进行补偿。当确定调节凸形物品的过程是否保持了总后向反射率时，应基于从该凸形物品制得的凹复制品的后向反射率进行确定。
本发明使用的术语“平均几何发散度”指的是所有经立方隅角后向反射的光线的平均发散角，这些光线可以通过对大量的光线进行光线跟踪而被发现。
图1A所示为基片12的俯视图，其具有第一表面13和与所述第一表面13相反的第二表面(未示出)，所述第一表面13具有在其上形成的三角立方隅角型后向反射器元件14阵列。立方隅角是凸的或凹的，取决于如何理解该图。
图1B示出了图1A所示的基片的前视图，此时立方体是凸的。图1C示出了图1A所示的基片的前视图，此时立方体是凹的。在图1C中，所有的立方隅角的细节都用虚线表示。此中遵循的约定是图1B和图1C中的基片厚度等于标注的尺寸“t”。
立方隅角元件14是由三个互相垂直的面16在顶点19相遇形成的。互相垂直的面16以二面交边(dihedral edge)18彼此相交。彼此相交的面16之间在二面交边18处的角度被称为二面角。在一个几何精确的立方隅角元件中，三个二面角中的每一个都精确地为90°。
一般，为了用于本发明的方法，基片12的优选厚度取决于制造基片的材料。对于电成型的镍，基片12的厚度一般在大约0.1毫米到大约2.0毫米的范围内，更优选地，在大约0.2毫米到大约1毫米的范围内，在一个优选的实施例中，在大约0.3毫米到约0.6毫米的范围内。可以制成基片12的合适材料包括金属和塑料。基片12可以是刻划的母片，如果该母片不太厚的话。优选地，基片12是母片的第n级复制品，其中立方隅角元件是例如通过刻划、或上述美国专利U.S.6015214或申请No.10/167135公开的方法的任一种形成的。
然后以可控的方式在基片第二表面的一个或多个局部区域对基片12进行加工，这种加工足以在基片材料内产生局部的应力变化，这种应力变化会导致一个或多个立方隅角元件的一个或多个二面角的变化，该立方隅角元件在与加工位置相反的第一表面上。对第二表面进行加工是为了增加、去除、或改变第二表面上局部区域内的材料，或者仅仅是为了施加局部压力、温度或其它干扰。加工的程度应该足以使包括与加工局部区域相反的立方隅角14的材料产生应力变化，从而使一个或多个二面角18产生微小变化，因此使立方隅角元件产生畸变。二面角的这种微小改变的量级一般是一度的几分之一。对于稍微弯曲的立方体面，应该在最适合立方体面的平面间确定二面角。由这种方法产生的表面弯曲的程度在光学上并不显著。
在本发明的优选实施例中，第二表面上的加工的程度足够小，因此它不会破坏第一表面上立方体面的光滑度和立方体边的锐度。另外，不需要在第一表面上加工，这种加工会不利地影响立方隅角元件的表面光滑度和棱边的锐度。因此，在本发明的一个优选实施例中，基本保持了每个立方隅角元件的总后向反射率。
对第二表面进行可控加工从而产生应力变化可以通过各种方法来实现，包括对第二表面施加能量、施加化学物质、对其进行加工或施加压力。
可以施加能量，例如通过红外线激光器或超小型管加热器或称笔尖加热器(pencil tip torch)施加例如电能或聚焦热能(focused heat)。例如，聚焦激光能可以熔化第二表面局部面积内的很少量材料。熔化的材料然后蒸发掉、被吹散、或重新凝固，使得基片材料内的这些变化中的任何一种都会或者增加或者消除局部区域内的材料应力。可以在每平方厘米的表面施加大约150-700点的激光脉冲，每个脉冲会影响第一表面上的大约1-10个立方隅角元件的二面角；可以在每单位面积上使用其它数值的激光脉冲，这取决于所需的光学效果。
如果基片12是塑料或塑性物质，化学物质可能特别有用。在这些情况下，在基片第二表面上施加一滴溶剂，使基片稍微起皱，从而影响第一表面上至少某些立方隅角元件的二面角。
加工方法可以包括，例如，微钻孔(micro-drilling)。钻孔会除去材料，对周围材料产生的直接干扰最小。钻孔优选地用于本发明的方法中，其中被加工的基片已经具有一些内应力；钻孔会局部消除应力，造成的应力差使立方隅角元件中的二面角产生微小的变形，该立方隅角元件在与钻孔位置相反的第一表面上。
压力可以产生局部延伸，包括材料的运动，例如通过使第二表面与突出的钝指状物接触。这种局部延伸保持了材料的质量但产生了应力。这种局部延伸可以通过机械装置来提供，例如指状辊(finger roller)，指状辊可以压着基片的第二表面滚动。可以在辊子上以大约每平方厘米2-10个指状物来设置突出的指状物，每个指端影响大约75个立方隅角元件的二面角；这种指状辊可以购买到。对第二表面的加工是这样实现的，即，使薄片的第二(平的)表面在指状辊上通过从而在薄片内产生局部延伸，该延伸足以使与局部延伸相反的立方隅角元件的二面角产生变化。可以从加工物品制成复制品，或者基片可以是最终的薄片件(sheeting article)。
基片在每个局部处的每次加工的程度可以是一致的或不同的。加工程度的不同可以呈图案，或者可以是半随机的。加工位置也可以呈图案或半随机的。“半随机”指的是在统计学意义下控制的分布，而不是完全控制每个细节。
图2所示的是本发明的一个实施例，该实施例是电成型镍基片的显微照片，该基片具有第一表面和第二表面，在基片的第一表面上具有凹立方隅角元件图案，该基片的厚度为0.45毫米。在第二表面用箭头指示的三个以0.5毫米隔开的预定局部区域，每个区域都被施加脉冲聚焦的激光(pulsed-focused laser)，该激光具有1064纳米的波长，脉冲宽度为4.0毫秒，提供1.35焦耳的能量。样品的横截面表面被磨光或抛光，然后用酸刻蚀，从而呈现出显微照片中的粒状结构。从图2中所呈现的粒状结构可以看出，激光脉冲在基片材料内产生小应力。这些小应力通过基片12产生效果，即使第一表面的立方隅角元件产生畸变。在二面角上产生的影响太小，以致于在显微照片仍然不能看到，但对立方隅角的发散具有明显的光学意义上的影响，因此对后向反射产品的发散具有明显的影响，这些后向反射产品是这样加工出的基片的第n级复制品。
本发明的一个优点是，与依靠刻槽来产生二面角误差的方法不同，例如上文引用的Appeldorn的美国专利U.S.4775219和在审的专利申请No.10/167135，本发明的方法可以在阵列中的任何位置设置独立的、严重畸变的立方隅角，这些畸变立方隅角的周围是相对不畸变的立方隅角。而该公开方法的另一个优点是，如果加工总是集中在与立方隅角顶点相反的第二表面的点位置处，结果可能是立方隅角的三个二面角具有近似相等的误差的严重畸变的立方隅角群，有些时候希望得到这种结果。该公开方法的又一个优点是，它可以用来调节一个事先制成的立方隅角母片的发散特性，或者调节事先制成的母片的第n级复制品的发散特性。
加工的基片可以用来根据本领域已知的方法来制造后向反射产品。例如，完成局部加工后，可以制成基片12第一表面13的若干复制品，用或者不用包括非畸变立方隅角元件的立方隅角阵列的复制品与上述若干复制品装配在一起，或，用或者不用具有从其它加工基片制成的其它畸变的立方隅角元件阵列的复制品与上述若干复制品装配在一起。可以通过例如镍的电沉积来制造该装配品的无缝复制品。复制品可以是一种工具。由这种包括一个或多个畸变立方隅角元件的立方隅角元件此类阵列制成的工具，可以用来制造后向反射产品，例如薄片。这些制造方法在本领域是已知的，包括，例如压印法、铸造法、压缩模塑法。本发明的工具可以用于这些制造方法和其变型的任一种。例如，美国专利U.S.4478769公开了一种制造工具的方法，美国专利U.S.4486363公开了一种利用这种工具对薄片进行压印的方法，这两个专利的整体在本发明中参考引入。
可以在复制过程中的任一个阶段或多个阶段向基片施加畸变操作，该基片具有凸或凹立方隅角。通过局部加工方法被畸变的阵列，可以通过向具有初始阵列的同样的基片再次使用同样的方法而进一步被畸变。通过局部加工方法被畸变的阵列可以被复制一次或多次，而且复制品可以通过同样的方法被进一步畸变。不管使用何种方案，在制造物品的过程中，最终都使用局部加工的方法。或者，该物品是最终使用了该方法的基片的第n级复制品，或者该物品本身最终使用了该方法。
实施例1
镍电成型件厚0.38毫米，在第一表面具有大约0.1毫米高的凹三角立方隅角元件阵列，根据本发明用激光能直接施加到与立方隅角元件的顶点直接相反的第二表面对该电成型件进行加工。激光产生的红外辐射具有1064纳米的波长，脉冲宽度为4.0毫秒，提供1.4焦耳的能量。第二表面上的脉冲在电成型件内产生应力，导致第一表面上一些二面角发生变形。在图3A中，示出了每个元件的三角形状。每个三角内部的小“o”标记位于立方隅角的顶点。每个三角微立方体的每个角的数字表示相应的二面角偏离90°的分数，其中1度等于60分。与施加的激光相对的立方隅角元件正好在图的中心上。最靠近激光焦点的那个立方隅角元件的二面角的畸变程度从大约三分之一到大约二分之一度。从图3A可以看出，在对着激光能脉冲的元件附近，立方隅角元件的二面角也经历了畸变，虽然那些畸变并不如最邻近激光脉冲焦点的中心立方体所经历的畸变大。一般，越靠近激光脉冲的焦点，那些立方隅角元件中的二面角畸变就越大，越远离激光脉冲的焦点，那些立方隅角元件中的二面角畸变越小。
现在一般认为，较薄的基片需要较低能量的激光脉冲或其它加工装置来产生如图3A所示的立方隅角元件的畸变，这将在邻近的立方体中产生更小的畸变。同样，认为越厚的基片需要能量越高的激光脉冲或其它加工装置。因此，在邻近的立方体中耗散更多的能量，从而使邻近的立方隅角元件的二面角产生更大的变化。
实施例2
在与实施例1所使用的相同的镍电成型件的另一个位置，以与实施例1相同的方式对第二表面进行加工，除了激光能脉冲的焦点指向的第二表面部分正对着第一表面上两个立方隅角之间的线。所示的这两个立方隅角最靠近图3B的中心，图3B示出的畸变的方式与图3A示出的畸变的方式相同。这两个中心立方隅角具有最大的二面角畸变测量值，虽然该畸变不如图3A中心的单个立方体的畸变大。
实施例3
在与实施例1和2所使用的相同的镍电成型件的又一个位置，以与实施例1和2相同的方式对第二表面进行加工，除了激光能脉冲的焦点指向的第二表面部分正对着第一表面上六个立方隅角相遇的那个点。这个所示的点正好在图3C中心的右方，图3C示出的畸变的方式与图3A示出的畸变的方式相同。从那个点发源的每个二面角都显示出相当的畸变测量值。
比较性计算
图4A-B示出了两个示意性的现有技术的未金属化的丙烯酸立方隅角薄片的预测后向反射特性，以与图4C所示的示例性的的根据本发明制造的未金属化的丙烯酸立方隅角薄片的预测后向反射特性进行比较。图4A表示现有技术的示意性的丙烯酸薄片的后向反射率计算值，该薄片用工具压印制成，该工具具有三角立方隅角元件图案，这些元件的倾角为7°，是边更平行(edge-more-parallel)的，深0.1毫米，而且没有畸变。这些丙烯酸立方体的平均几何发散度为零。图4A的三条曲线代表针对薄片三个不同的旋转角0°、45°、90°的计算出的RA值。
图4B表示现有技术的示意性的丙烯酸薄片的后向反射率计算值，该薄片压印使用的工具不同于制造图4A实施例的薄片所用的工具，即在刻化母片的过程中引入了畸变。这些畸变是这样的，即，对于每个三角立方隅角，两条较短的二面交边上的二面角误差等于9.5分，较长的二面交边上的二面角误差等于7.0分。选择这些不相等的二面角以使图4A中斜置的三角立方隅角薄片产生最接近对称的几何发散度平衡。如果是由丙烯酸制成的，对于这些具有刻化出的二面角畸变的立方隅角而言，平均几何发散度等于41.5弧分(arc minute)。图4B的三条曲线代表针对薄片三个不同的旋转角0°、45°、和90°的RA值。
图4C表示由本发明的工具压印制成的示例性的丙烯酸薄片的后向反射率计算值。该工具不同于图4A中实例的工具，即，具有畸变图案，该畸变是以实施例1和图3A所示的方式对第二表面进行激光加工产生的，除了(1)不是在对着单个立方体的单个点处加工第二表面，而是对着每12个立方隅角元件中的一个元件加工第二表面，(2)将畸变乘以1.2以预测施加稍微更强的激光脉冲后的效果或影响，以及(3)假定在施加激光能之前，每个立方隅角元件的每个二面角具有+2弧分的正误差。然后，本发明工具的平均二面角误差是0.3弧分，而且二面角误差的标准偏差为11.7弧分。由这种工具制成的丙烯酸立方隅角薄片的平均几何发散度为41.5弧分，与图4B的实例相同。特别地，图4C所示的三条曲线对应刚才上述的示例性的立方隅角阵列的RA计算值，该计算值是针对三个不同的旋转角，即，0°、45°、和90°测量出的。
图4D比较图4A三条曲线的平均值、图4B三条曲线的平均值、和图4C三条曲线的平均值。可以看出，图4A现有技术的薄片在非常窄的发散角范围内给予了更高的强度，而对于这样的立方隅角阵列，即在该立方隅角中通过基于图4C实施例描述和阐释的本发明的方法产生了畸变，其预测的后向反射率值使其强度延伸到更大的有用的发散角范围，一直到2°。也可以看出，虽然如图4B所示的在刻划中产生畸变的现有技术薄片，在从大约0.5°到2.0°的发散角范围内给予的强度类似于本发明的实施例，但图4B的实施例在更小的发散角处的强度不足，从而使其不适于用于典型的应用中，例如路标。
在本发明的一个优选实施例中，在第二表面上进行的加工不会过度地使立方隅角元件变形，并且不会过度地影响光学第一表面的光滑度，使得阵列的总后向反射率基本得以保持。虽然所需的保持的总后向反射率百分比基于初始阵列的总后向反射率和后向反射物品的最终使用会有所不同，但保持的总后向反射率希望至少是90％，优选地是94％或更好，最优选地是98％或更好。当我们第一次在薄镍电成型件的第二表面上使用聚焦激光时，光学第一表面的光滑度似乎已经发生了一些退化。在一个实施例中，来自凹电成型件的总后向反射率被减小了大约6％。这意味着由这种工具制成的物品也具有类似的损失。在申请日时，认为这种损失可以通过下述方式可行地将其消除，即，在非氧化的环境中加工，或者用非氧化的涂层例如金涂层喷涂电成型件。现在，认为观察到的损失是由于从外部发生的表面退化现象，而不是因为内部现象或者因为立方体面或边中发生的过度弯曲。
现在，当在薄电成型件的第二表面上使用聚焦激光时，使电成型件仍然固定在刚性的心轴上，这些电成型件就是在心轴上形成的。这样做既可以排除空气，同时又提供了刚性的支撑。已经发现来自通过激光处理后的这种电成型件的总后向反射率的减小不会超过大约2％。另外，在激光处理前，将被支撑的薄电成型件的第二表面加工到精确的均匀基片厚度可能有用，因为给定的脉冲能量在二面角上的效果或影响是基片厚度的函数。
注意到对比激光处理前和处理后电成型件的总后向反射率时，光学表面的褪色可能会影响测量值。我们可以测量由处理前和处理后电成型件形成的塑性复制品的总后向反射率，并用这个测量值来衡量电成型件的变化。
如果用机械除去材料(例如微钻孔或微加工)来实施本发明的技术，优选地基片初始时具有内部应力。然后材料的去除可以在初始应力均匀的基片中局部消除或减小应力。消除局部应力和增加局部应力对于本发明技术的目的而言是可以互换的。对于电成型的基片，可以在其成形过程中利用熟知的电镀应力控制(plating stress-control)方法获得初始均匀的应力。在不脱离本发明的精神和范围的前提下，本发明可以进行各种变型和变化。本发明对于由全局操作(global operation)例如刻划制成的结构而言，最为有用。例如，虽然本发明在此所示的是利用三角立方隅角元件图案，但也可以使用方形的、矩形的、五角形、或六角形的立方隅角元件。本发明也可以用于微光学系统而不是立方隅角。因此，应该理解的是，本发明的范围不是由上述的实施例限制的，而是由所附权利要求和其任何等同概念所给出的限定范围控制的。

Claims (23)

1.一种产生畸变微光学元件阵列的方法，该方法包括：
提供基片，其具有相反的第一表面和第二表面，所述第一表面具有在其上形成的微光学元件阵列，和
在所述基片第二表面上的一个或多个局部区域进行可控加工，可控加工的程度足以使与加工位置相反的所述微光学元件中的一个或多个畸变。
2.产生具有可控发散度的立方隅角阵列的方法，该方法包括：
提供基片，其具有相反的第一表面和第二表面，所述第一表面具有在其上形成的立方隅角元件阵列，和
在所述基片第二表面上的一个或多个局部区域进行可控加工，可控加工的程度足以使与加工位置相反的一个或多个所述立方隅角元件中的一个或多个二面角改变，由此，所述一个或多个立方隅角元件发生畸变从而产生具有在所需范围的发散度的立方隅角元件阵列。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述基片的厚度在大约0.1到大约0.2毫米的范围内。
4.如权利要求2所述的方法，其中所述基片由金属制成。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述金属是电成型的镍。
6.如权利要求2所述的方法，其中所述基片由塑料制成。
7.如权利要求2所述的方法，其中所述可控加工是通过施加压力实现的。
8.如权利要求2所述的方法，其中所述可控加工是通过施加能量实现的。
9.如权利要求2所述的方法，其中所述可控加工是通过施加化学物质实现的。
10.如权利要求2所述的方法，其中所述可控加工是通过机械加工实现的。
11.如权利要求8所述的方法，其中施加能量选自施加激光能或施加聚焦热能。
12.如权利要求9所述的方法，其中施加化学物质包括向塑性基片上施加溶剂。
13.如权利要求10所述的方法，其中所述机械加工步骤包括钻孔。
14.如权利要求7所述的方法，其中所述压力步骤产生基片的局部延伸。
15.如权利要求2所述的方法，其中立方隅角加工阵列的总后向反射率至少是加工前阵列的90％。
16.如权利要求15所述的方法，其中立方隅角加工阵列的总后向反射率至少是加工前阵列的94％。
17.如权利要求15所述的方法，其中立方隅角加工阵列的总后向反射率至少是加工前阵列的98％。
18.一种制造物品的方法，该物品包括立方隅角阵列并具有可控的发散度，所述方法包括：
提供基片，其具有相反的第一表面和第二表面，所述第一表面具有在其上形成的立方隅角元件阵列，
在所述基片第二表面上的一个或多个局部区域进行可控加工，所述可控加工足以使与加工位置相反的一个或多个所述立方隅角元件中的一个或多个二面角改变，和
产生所述阵列的第n级复制品。
19.如权利要求18所述的方法，其中所提供的阵列的总后向反射率通过所述的可控加工大致得以保持。
20.通过权利要求18所述的方法制造的一种物品。
21.如权利要求20所述的物品，其中所述物品是可后向反射的物品。
22.如权利要求2所述的方法，其中所述基片是薄片，所述加工通过在所述薄片的所述第二表面的不同位置处施加压力实现，所述压力足以使所述薄片前表面上的一个或多个立方隅角元件畸变。
23.如权利要求1所述的方法，其中所述基片是在心轴上形成的电成型件，在所述第二表面上进行所述可控加工的同时，所述电成型件仍然固定在所述心轴上。
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