[发明专利]高效逆反射立方角微棱镜的一种制造方法

说明书

所属技术领域

本发明属于光学器件制作技术领域，涉及一种高效逆反射结构镜的制作方法。

背景技术

反光膜的显著特点在于能够将入射到该结构上的光线再反射回光源区域，从而使该结构实现被动发光，不仅具有节省能源、绿色环保的优点，同时还不受日照、天气等环境影响，经常应用于交通警示标志，如路面标志和路障、工作者安全服或其他此类安全服装、料卷形式的包装等。

反光膜的逆反射功能是由特殊光学结构实现的，具有逆反射功能的光学结构主要包括以下几类：(1)在粘合剂层中嵌入含有镜面反射或漫反射材料或结构，如微珠阵列等。但该类结构对入射光线方向敏感，逆反射效率低。美国专利5200262，美国专利5283101，美国专利3758192-A，中国专利1126962C均对该结构进行了描述。(2)由三个正方形表面互相垂直交汇而成的立方角结构，称为立方角棱镜，光线通过端面折射进入该结构，光线分别在三个表面上依次发生全反射，该结构不受入射方向的限制，可达较高的逆反射效率，但形状不易于加工，制作过程和微小化难度极高，专利200720169461.7公开了一种依靠拼接方式实现立方角微棱镜制作过程。(3)为了有效进行阵列结构加工，研究人员还提出了三角微棱镜结构，单元结构由四面体组成，其中三个三角形表面互相垂直。Eckhardt在Applied Optics，1971，Vol.10(7)：1559-1566中对其通光孔径进行了详细分析，得到逆反射效率仅为立方角棱镜的66.67％。但整个结构可由金刚石切削方法高效加工，并通过光学塑料注塑制造，美国专利4478769公开了三角微棱镜的制作过程。

三角微棱镜具有方便制作的特点，因此应用广泛。一般采用金刚石切削法对微棱镜进行加工：采用V型金刚石刀具在平面上切削凹槽形成的加工模板，采用电铸方式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的成品。为了有效提高逆反射器件的逆反射效率，一些方法从三角微棱镜结构的改造考虑，如：专利02811691.7公开了一种模具，V型槽在加工过程中刀具和工件之间相对振动，模具具有可控的和更宽的发；专利01804407.7公开了一种模具，三组V形槽的深度至少有两个实质上不等，解决入射角增大后，不能满足内部全反射条件，在侧面穿透元件的问题，从而增大可用入射角范围；专利00817106.8提供了一种模具，三面交点高于或低于标准高度，提高了入射角和旋转角特性。但受到有效通光孔径的限制，这些改进并不能明显提高效率，因此，需要考虑立方角微棱镜的高效制造方法。

然而，立方角棱镜由三个互相垂直、尺寸一致的正方形组成，由于立方角微棱镜的结构没有连续的直线边，其制作比三角微棱镜要难很多，不能直接采用金刚石切削方法进行制作。影响立方角棱镜难于制作和微小化的一个非常重要的因素是单元结构的形状。目前，可以加工该结构的方法主要依靠单元拼接的方式，并采用电镀法组合和装配，如前面提到的专利200720169461.7提出了集束销钉方式，将立方角棱镜的每个单元表面都采用磨削方式加工，然后拼接在一起；另外，美国专利6120280和专利96195971.1均采用相互平行的平板交错形成三个互相垂直的表面，侧面的形状为四边形。但这些拼接方法中，都是将每个单元的单独加工，受加工方法的加工范围的限制，单元尺寸一般在毫米单位，不能为微结构。另外，文献(Brinksmeier E.，R.，Flucke C.，2008，Manufacturing of molds for replication of micro cube corner retroreflectors.Production Engineering，2/1：33-38.)公开了一种Diamond Micro Chiseling(DMC)方法，采用特制的金刚石铣刀进行微小结构切削加工，单元尺寸可达100um，但该加工手段需要逐个单元的铣削加工，效率很低。综上所述，公开的立方角棱镜制作方法具有制作难度大，效率低，微小化程度较低的缺点，使立方角微棱镜的加工难题得不到有效的解决。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足，提供一种能够提高立方角微棱镜模具的制作精度和效率，同时有效提高其微小化程度的立方角微棱镜制造方法。本发明采用如下的技术方案：

高效逆反射立方角微棱镜的一种制造方法，制作时采用的立方角微棱镜模具具有多个相同的单元结构，每个单元结构由长方体和位于其上的V型阵列两部分组成，V型阵列中的每个V型阵列的相邻两个槽面垂直，设V型阵列的深度为a，此种微棱镜的制作包括下列步骤：