[发明专利]一种具有逆反射性能的微棱镜及其模具制作方法

说明书

技术领域

本发明属于逆反射材料设计及制造、光学器件制造及超精密加工技术领域，涉及一种微棱镜的设计及加工方法。

背景技术

反光材料，也称为回归反射材料或逆反射材料，包括反光膜、反光油墨、反光标线、反光布、反光革、反光织带和反光安全性丝织物等。逆反射材料具有节省能源、绿色环保的优点，同时不受日照、天气等环境影响，是国家交通标志和安全保证的重要体现。

美籍华裔董祺芳博士于1950年首先研发出玻璃微珠定向反光膜，开启了反光材料的研发之路。微棱镜(microprism)结构已成为逆反射材料的重要发展方向，与传统微珠阵列结构相比，具有反光面积大、逆反射效率高、安全耐磨等优良特性。微棱镜由角锥棱镜结构组成的阵列，其单元结构仍由三个互相垂直表面组成。整个结构可由光学塑料注塑制成全密封式器件，光线在结构中发生折射和全反射现象后，实现逆反射功能。

微棱镜的最常见加工方法是金刚石切削法。采用三角形金刚石刀具在平面上沿不同方向切削V型槽形成的加工模板，采用电铸方法复制其表面结构变为凹型工作模板，直接用于进行热压成型加工微棱镜成品。从1968年美国Reflexite公司发明微棱镜，其结构一直是采用70.53°角的刀具加工而成，因此，得到的结构是三个互相垂直面镜面，这种结构可将光线严格地原路返回。但通过各国有关微棱镜的标准发现，实际标准所要求的指标在观察角为0.2°时接收到最大光强，这个也正符合了汽车驾驶员及车灯和逆反射材料的位置关系，如图2所示。因此，如何依据逆反射标准设计出符合实际需求的微棱镜结构具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提出一种符合逆反射标准设计和实际需求的微棱镜结构，并给出此种模具的制作方法。本发明提出的微棱镜结构，其逆反射性能更加接近实际的反射标准的要求，最佳实施例在观察角为0.2°时可接收到最大光强。同时，实现该模具的制作，并在传统切削工艺中添加必要的塑料固化过程，而实现微棱镜结构的无毛刺高效切削。本发明的技术方案如下：

一种具有逆反射性能的微棱镜，其微棱镜单元由正三棱锥组成，两个微棱镜单元的相邻侧面夹角在70.6175°与70.4418°之间。两个微棱镜单元的相邻侧面夹角最好为70.6175°或70.4418°。

本发明同时提供一种制作上述微棱镜模具的方法，该方法在微棱镜基片上切削凹槽形成电铸制模所需模具，该方法采用切削角度在70.6175°与70.4418°之间的三角形金刚石刀具进行三个方向的切削，刀具的三个切削方向夹角均为60°，并同时满足以下条件：①三个切削方向的切削线间距L一致；②每条切削线的加工深度H一致；③加工深度H满足：H≥ctan(α/2)L/3，并且每条切削线的加工参数均保持一致。

作为优选实施方式，在每个切削方向切削后，在加工表面涂一层易固化塑料，并进行相应的固化工艺，填补前一个切削过程中的切削部分，当再一次形成完整的加工表面后再进行下一切削方向的切削加工。

与采用传统刀具角度(70.5288°)得到的微棱镜相对比，本发明的两种刀具角度在各入射角时得到的光强都有所提高。另外，本发明中的加工方法具有以下优点：仅改变了传统加工刀具角度，因此加工过程简单，同时，加工工艺简单且可以避免微棱镜的毛刺现象的发生；加工效率高，首先塑料固化的时间短，且切削次数少，可避免对毛刺部分的重复切削，也有利于避免过度的刀具磨损；固化胶可以采用化学液体浸泡去除，因此，加工后易于对其去除。

附图说明

图1本发明微棱镜结构及加工参数。

图2本发明的微棱镜结构的逆反射应用示意图。

图3普通微棱镜结构示意图。

图4微棱镜法向量示意图，(a)微棱镜法向量三维图；(b)Z方向视图及法向量的分解向量；(c)X方向视图及及法向量的分解向量。

图5观察角和刀具角度α之间的关系图。

图6固化过程示意图。

图7采用角度为70.6175°的刀具加工得到微棱镜在不同入射角光线照射时，在0.2°观察角得到的光强分布曲线。

具体实施方式

为了达到本发明设计的目的，首要解决两个问题：1)设计可以实现观察角为0.2°时接收到最大光强的微棱镜结构；2)根据设计的微棱镜结构进行加工刀具的选择，并优化制作流程和工艺。

1.微棱镜设计