三高度的立方角控制的製作方法

2023-05-27 02:36:31

專利名稱：三高度的立方角控制的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及回射立方角，具體來說，涉及一陣列的準三角形立方角，其由三組等距離的、平行的、對稱V形槽有規則排列。通過使末金屬化的稜鏡的有規則排列的方向形成三個相等的角度，並使三個規則的深度對於各個立方角不相等，該陣列的立方角達到提高的有效的回射性。
背景技術：
本申請人已經看到與本發明相關的立方角稜鏡元件的以下的諸特性。這些觀察結果參照

圖1-22進行討論，所有結果均由本申請人得出，例外的是圖21。儘管現有的技術常涉及到本章節，但本技術的解釋和觀察結果可認為是本申請人獨有的。
回射反射器從源頭到源頭並在其附近返回光線。車輛駕駛員在夜間覺得回射反射器的路面標誌比普通的塗漆標誌亮幾百倍。而在白天，該標誌的亮度有望與普通的塗漆標誌大致相同。如果標誌將白天照明返回到其光源(太陽和天空).則在白天它在車輛駕駛員面前顯得相當暗。該解決矛盾在於，通過其不是有效地回射從某些光源到達的光線，而有效地回射從其它光源的光線，由此，回射的路面標誌在夜間和白天都可有效地發揮作用。回射的路面標誌護板在其所有實際的位置處回射車輛燈光，但在幾乎不可能的位置處不回射車輛燈光的能力方面顯得更佳。
照明光源相對於路面標誌護板的位置通常用兩個角度進行描述進入角β和定向角ω。圖1示出一垂直於一路面標誌的小杆r。光束e照明該標誌。進入角β是介於e和r之間的角度。光束e在標誌上投射杆r的一陰影s。進入角β可以由陰影s的長度確定。定向角ω由陰影s的方向確定。ω是從標誌上的護板的名義上的「向上」方向到陰影s的角度。該角度沿順時針方向測量，於是在圖1中，ω近似等於+65度。如果照明光線的光束本身垂直於標誌，則進入角β＝0，因此沒有陰影，於是ω沒有意義。
對於路面標誌的應用，大β的情形幾乎總是這樣的情形標誌近似地垂直但轉動而不面向照明光源的方向。對於這些標誌的β值可大於40°。這些情形中的ω值對於路右側的標誌通常在75°至95°範圍內，或對於路左側的標誌通常在-75°至-95°範圍內。這是對ω的正和負90°重要性的基礎。
在ω的0°和180°值處的大β處具有良好回射率的護板具有一實際的優點。護板是良好軋制的，在標誌製造中既能沿縱向使用也能沿寬度方向使用則具有經濟性。因此，ω的重要性的值是-90°、0°、90°和180°。
回射反射器有兩種光學類型。第一類型的功能是折射、反射、折射。一第一弧形的折射表面在一第二表面上形成光源的圖像。該圖像表面是鏡面或漫射反射的，這樣，圖像光線返回到第一折射表面，由此返回朝向光源。該類型的回射反射器示範為半金屬化的玻璃球，其包括許多路面的標誌護板。第二類型的回射反射器的功能是反射、反射、反射。當光進入一其中三個鏡面以直角相遇的立方角時，它反射離開一次，然後反射另一次，然後，第三鏡面返回朝向光源。同樣地，當光進入一切割成立方角的稜鏡時，它可內部反射離開三個立方面並沿其原始方向返回。光線進入並通過第四稜鏡面退出。全部的順序是折射、反射、反射、反射、折射。由於兩個折射在同一平表面上，所以，三個反射即是提供回射反射。該類型的回射反射器示範為在許多路面標誌護板中的陣列規則的亞毫米的稜鏡。
相對於路面標誌的球形回射反射器，稜鏡的回射反射器具有優點。稜鏡可以更有效地群集。稜鏡可以較少異常。稜鏡也更加地可選擇，對某些光源方向回射而對另一些則不回射。
「立方角元件」定義為部分地通過三個平面界限的空間的區域，這些面是在單一立方角處相遇的立方的三個面的部分。回射立方角稜鏡的幾何效率取決於兩個主要因素有效孔和組合面反射率。有效孔的確定是假設第二因素是完善的。立方角稜鏡的幾何形式和其材料的折射率確定有多少被稜鏡佔據的區域可參與對特殊β和ω的照明的回射。折射率描繪在β≠0°的立方角有效孔，因為折射發生在進入/退出表面處。
有效孔可由射線跟蹤來找到。確定有效孔的另一眾所周知的方法示於圖2A和2B中。圖2A示出位於光線進入立方角的方向的立方角回射反射器的視圖。對於β＝0°的照明，這簡單地是垂直於回射護板的前面的立方角的視圖。對於任何其它的照明，當採用圖2A的方法時，必須考慮在前表面進入光線的折射。
圖2A描繪對於立方角回射所需要的光路的類型。照明進入在光線上的立方角，如果觀看的話，立方角沿該光線描畫。光線出現為圖2A中的點A。光線到達顯示在A的面1上的一點。然後，光線從面1反射到另一立方面。在附圖的視圖中的該反射的路必須顯現為平行於立方兩面角邊緣4，它是不屬於面1的部分的兩面角的邊緣。反射光線在所示的B點處到達面2。通過形成兩面角邊緣6構造點B，兩面角邊緣由面1和2共有，平分線段AB。從顯示在B的面2內的點光線反射到立方面3。根據附圖，該反射的路徑必須顯現為平行於立方的兩面角邊緣6，它是不屬於面3的部分的兩面角的邊緣。反射光線在所示的C點到達面3。通過形成兩面角邊緣4構造點C，兩面角邊緣4由面2和3共有，平分線段BC。從顯示在C的面3內的點光線沿平行於其第一到達的方向離開立方角，從而實現回射。該光線顯現為點C。
圖2B的陰影區域顯示對回射具有觀察方向的照明的在光學上有效的圖2A的立方角的區域。如上所述，該有效孔是類似點A的所有點的集合，如上所述，在立方角的第二面上對此有一點B，如上所述，在立方角的第三面上也有一點C。
立方角頂點出現在圖2A的點O。根據幾何性，AOC是直線且AO＝OC。照明進入點和照明退出點在圖中關於頂點對稱。對於三角形的立方角，三個兩面角邊緣各延伸到一三角形頂點，可以證明，只要這樣的對稱點A和C位於三角形內，則中間點B也必須位於三角形內。因此，圖2A的圖解方法簡化了三角形立方角。有效孔可確定為立方角三角形和圍繞點O轉動180°的該三角形的交點(如圖2C所示)。
在由圖2A的圖解法確定有效孔的過程中，諸面假定為如鏡面那樣地反射。金屬化的立方角稜鏡的面不如鏡面那樣反射，但由於各個反射中有吸收，所以存在一定的強度損失。對於用真空噴鍍鋁方法的金屬化處理，強度損失約為14％。因三個這樣的反射引起的損失約為36％。未金屬化的立方角的面也可類似理想鏡面反射。全內部反射(TIR)在強度上損失為零。然而，未金屬化的立方角的面也可微弱地反射。TIR要求在面上的入射角超過某個臨界角。該臨界角等於稜鏡材料的折射率倒數的反正弦。例如，對於n＝1.5的材料，臨界角約為41.81°。在41.82°的光入射是全內部反射。在41.80°的光入射喪失其強度的11％。在41°的光入射喪失其強度的62％。帶有未金屬化面的立方角稜鏡可具有一個或兩個面，其對於特殊的進入照明不能進行TIR。
回射立方角稜鏡的幾何效率也取決於光所進入和退出稜鏡的表面的鏡面反射率。根據用於介電材料反射的菲涅爾(Frenel)方程，該因素取決於前表面材料的折射率。前表面材料通常不同於稜鏡本體材料。幾何效率上的該因素在這裡將被忽略，因為它與稜鏡設計無關。
一陣列的回射立方角的幾何效率不完全由個別稜鏡的幾何效率確定。不由一個稜鏡回射的某些光線可移動到其它的稜鏡，通常通過離前表面的全內部反射，且某些路程包括多個立方角形成的回射。該因素取決於稜鏡的設計以及稜鏡和前表面之間的材料厚度。該因素最好通過光線跟蹤進行研究。由於本發明的立方角在其內立方效應上與現有技術的立方角沒有很大的差異，在本描述中忽略該因素。
立方角稜鏡幾何效率中的第一因素。即，其對於特殊β和ω的有效孔與其是否金屬化無關。立方角稜鏡幾何效率中的第二因素。即，其三個面對於特殊β和ω的反射率的形成大大地依賴於金屬化與否。通常，鋁金屬化的立方角稜鏡的組合面的反射率約為64％，對β和ω的依賴甚小。通常，未金屬化的立方角稜鏡的組合面的反射率對於許多β、ω組合為100％，而對許多其它的β、ω組合則小於10％。
用於路面標誌的回射護板必須不僅在夜間回射汽車前燈，而且在白天必須具有良好的亮度。較之於路面標誌用的金屬化立方角，非金屬化的立方角總是首選的，因為金屬化立方角的護板在白天顯得頗暗。對於車輛駕駛員來說這種黑暗很大部分上由於金屬化稜鏡的組合面的反射率從不顯現低下，於是，它們可以最佳地回射陽光和天空光返回到太陽和天空中。通過比較，在非金屬化的稜鏡護板中通常不能實現TIR，然後，光洩漏出稜鏡外。稜鏡後的白背襯膜漫射地反射這樣的光，最終從護板上出現幾乎的漫射。
在英國道路研究實驗室的K.N.Chandler(錢德勒)在題為「立方角反射器理論」的未出版的研究論文中描繪了對某些非金屬化的立方角回射反射器的TIR限值圖。圖3示出一正方形立方角，其帶有對於角ω的四個照明方向-90、0、90、180。形狀與TIR限值無關，它僅取決於立方面的斜度和材料的折射率。
圖4示出-與圖3對應的錢德勒方式的圖。在圖4中，定向角ω(從-180°至180°)表示為沿圓周方向，而進入角β(從0°至90°)表示為沿徑向方向，三支曲線示出對於TIR保持在立方角內的每個ω的最大β。例如，選擇一折射率n＝1.586。圖4示出圖3中指示為+90的照明光線如何可以為任何的斜度而不發生TIR失效，同時，圖3中指示為-90的光線如何不可超過近似為25°的斜度而不發生TIR失效，圖3中指示為0和180的光線如何不可超過近似為31°的斜度而不發生TIR失效。
為了減輕圖4中所示的在ω＝-90°的減弱，立方角通常如圖5所示地配對。圖6中的兩個錢德勒曲線對應於圖5中的兩個立方角，它們示出在ω＝-90°處圖5中的左立方如何「代替」圖3和6中的右立方，而在ω＝+90°處發生情況相反。然而，圖6示出在ω＝0°處超過31°的進入角沒有改進。
錢德勒圖就依賴於兩件事情內部光線相遇三個立方面處的角度，以及稜鏡材料的臨界角。因此，改變錢德勒圖的唯一的非平凡的方法就是改變稜鏡材料的折射率和立方角相對於物品前表面的斜度。
增加折射率則增大如圖7所示的錢德勒圖中的TIR區域。為了變換區域臂的方向需要傾斜立方角。
據說當立方軸線不垂直於護板的前表面時，護板內的立方角稜鏡元件呈傾斜。立方軸線是從立方頂出發對三個立方面的每個面作相等角的直線。該直線可以是全立方的對角線。Rowland的美國專利3,684,348揭示了「傾翻」的三角形立方角，以便損害其小的進入角特性而提高其大的進入角特性。當一陣列的立方角由三組平行對稱的V形槽形成且槽的方向彼此不是60°時，該立方角是傾斜的。
Heenan等人的3,541,606號專利揭示了不規則傾斜的立方角，注意其傾斜方向。他發現假定立方角沿使立方面更平行於物品前表面的方向傾斜的話，則由非金屬化的六角形立方角組成且其成對地轉過180°的回射反射器，可在兩個正交平面(即，在ω＝-90°、0°、90°和180°)內具有延伸的進入角。該效應是由於對於這些ω值在大的β處的100％的組合面的反射率。圖8示出一對10°傾斜的立方角的平面圖，其類似於Heenan等人的3,541,606的圖19的立方角，例外的是，其為正方形而不是六角形。顯示為箭頭的立方軸線示出該傾斜在不造成更平行於物品前面的兩個立方面之間呈對稱性。這兩個面之間兩面角邊緣、立方軸線以及垂直於物品前表面從立方頂引出的法線都位於一單一的平面內，所述法線位於所述兩面角邊緣和立方軸線之間。
本申請人已經發現它可用來構造如錢德勒圖的圖表，但傾斜立方角除外。在此應用中，所有這些圖稱之為「錢德勒圖」。圖9是圖8的「更平行面」(簡稱為「fmp」)對的錢德勒圖，其立方角由丙烯酸酯形成。圖10是fmp傾斜大1.3°的丙烯酸酯製成的立方角的錢德勒圖。
Hoopman的4,588,258揭示了應用fmp傾斜於規則三角形立方角。對這樣規則三角形立方角形成的錢德勒圖基本上與Heenan等人的3,541,606獲得的錢德勒圖相同。Hoopman的立方角比Heenan的類似的傾斜立方角具有更佳的進入角，這是因為三角形立方角比六角形或正方形立方角在大的進入角處具有更大的效率孔。
Heenan等人的3,541,606還揭示了「邊緣更平行」的傾斜的立方角(簡稱為「emp」)。圖11示出一對帶有10°emp傾斜的這樣的立方角。顯示為箭頭的立方軸線示出該傾斜在某一方式中在兩個立方面之間呈對稱性，該方式是使兩個面之間的兩面角邊緣變得更平行於物品的前表面。所述兩面角邊緣、立方軸線以及垂直於物品前表面從立方頂引出的法線都位於一單一的平面內，立方軸線位於所述兩面角邊緣和所述法線之間。圖12是圖11的丙烯酸酯立方角n＝1.49所產生的錢德勒圖。圖9和12示出「面更平行」和「邊緣更平行」傾斜的對應的耳號。來自於圖6的對稱的錢德勒圖在圖9中被壓縮，而在圖12中伸展。比較圖6、9和12，TIR的圖形區域在圖6中最大，在圖9中最小。然而，圖9中的TIR區域包含最有用的β、ω對。
Smith等人的5,822,121和5,926,314揭示了藉助於三組深度相等的平行的對稱V形槽形成的規則陣列的立方角，其中，槽具有的方向使得其中沒有兩個是相同角度。立方角具有不等邊三角形的形狀。申請人已經觀察到立方軸線必須是傾斜的，但該傾斜既不是fmp也不是emp。圖14示出帶有傾斜為9.74°的一對這樣的立方角的平面圖。對於每個立方角，顯示為一箭頭的立方軸線示出該傾斜在任何兩個立方面之間不是對稱的。沒有兩面角邊緣在一平面內，該平面連同立方軸線和從立方頂引出到物品前表面的法線。在此應用中，這樣的傾斜稱之為「複合傾斜」。
圖13A和13B解釋對於複合傾斜的立方角的錢德勒圖的形狀。圖13A是垂直於物品前表面的與圖14的立方角之一相同的平面圖，但粗箭頭不同於圖14的箭頭。圖13A的粗箭頭跟從三角形的高度並指示照明定向角度，對於一給定的進入角，照明定向角使得立方面上的入射角為最小。例如，對於給定的進入角，沿著標誌為a的箭頭的所有照明定向角將達到最小入射角處的標誌為a的面，因為其獨自具有一維的傾斜度。因此，對於進入角小於其它定向角的該定向角度，在面a處不發生TIR。圖13B是對於圖13A的立方角的錢德勒圖。圖13B中標誌為a的箭頭對應於圖13A中標誌為a的箭頭。圖13B中的箭頭a指向最小的β，該最小β位於指示圖13A的面a不發生TIR的錢德勒圖中的弧形部分上。弧形部分關於箭頭a對稱。
申請人已經發現如果三角形立方角的一個邊緣如圖13A所示地豎立，則若三角形具有如圖所示的在該邊緣上的角A和B，則基本的幾何關係確定錢德勒圖將具有其對中在近似的三個ω角度上的三個分支ω1＝90°-A-B；ω2＝90°+A-B；ω3＝90°+A+B。(1)對於圖13A的實例，角度A＝50°和角度B＝60°，於是，三個錢德勒分支近似地對中在-20°、80°和200°。分離三個分支的方向的三個角度具有較大的重要性。它們近似地為ω1＝2A；ω2＝2B；ω3＝360°-2A-2B，或Δω3＝2C，其中，C是三角形的第三個角。(2)希望有兩個分支分開約90°。根據上述關係式，這要求其中一個平面圖中三角形角等於45°。申請人已經發現對於「面更平行」傾斜的等腰三角形立方角這是不可能的，因為三角形將變為45°-45°-90°，意味著平面圖在一個面上是正方形。分支100°分開是足夠好的。這要求三角形是50°-50°-80°，意味著傾斜約為21.8°。這樣大的傾斜的結果是在β＝0°處不發生TIR。圖16示出甚至16°的「面更平行」傾斜，且甚至一非常高的折射率n＝1.63如何在β＝0°處幾乎不發生TIR。
申請人還觀察到對於「邊緣更平行」傾斜的等腰三角形立方角錢德勒分支分開90°是可能的，這使得三角形為67.5°-67.5°-45°。這對應於近似的10.8°傾斜。圖12示出對於接近該立方角的錢德勒圖。在emp設計中對大的β存在與有效孔有關的問題，這將在下文中討論。
對於不等邊三角形立方角來說，錢德勒分支90°分開是可能的，例如，A＝45°，B＝60°，C＝75°的三角形。更加實際地是，如圖13A所示，A＝50°，使分支100°分開。
圖14示出圖13A的立方角與相鄰的立方角。虛線箭頭表示平面圖中的立方軸線。圖15示出兩個立方角的錢德勒圖如何彼此代替。逆時針方向轉動這些立方角約10°可同樣地轉動錢德勒圖。然後，對於ω＝-90°、0°、90°、180°存在良好的進入角的可能性。
圖15與圖9的相似甚於其與圖12的相似。在圖15和10中，六個錢德勒分支開始會聚到四個分支。申請人已經觀察到，根據180°-2A，180°-2B和180°-2C，一般地可顯示六個分支分離開。因此，分支的會聚是角度A、B、C之一特別大的結果。等腰三角形的「邊緣更平行」的立方角不能具有任何特別大的角，因為它的兩個最大角是相等的。
圖17A-17F是顯示為垂直於護板的前表面的立方角的平面圖，以及成對立方角的對應的錢德勒圖。所有立方角傾斜為11.3°，使平面圖中的軸線顯示為短箭頭。諸圖示出從圖17A的「面更平行」到圖17F的「邊緣更平行」的傾斜連續統一體。圖17A的等腰三角形通過不等邊三角形到圖17F的等腰三角形。申請人已經觀察到，在圖17A中，表示為mp的一個面特別易於TIR失效，因為它特別地平行於護板的前表面。在圖17F中，各表示為mp的兩個面易於TIR失效，因為它們特別地平行於護板的前表面。兩個面側面相接更平行於護板的前表面的傾斜的邊緣。如Heenan等人的6,015,214所作的，人為地將所有傾斜分類成「面更平行」或「邊緣更平行」，因為光學特性必須在「面更平行」和「邊緣更平行」之間連續地變化。
規則的三角形立方角可用於所示的「面更平行」和「邊緣更平行」傾斜之間的統一連續體，但立方角傾斜與立方角形狀無關。從垂直於護板表面的平面圖中顯然可見形成在立方頂點處的三個角的傾斜。如果D和E是在此圖中圍繞頂點形成的三個角中的兩個角，且如果d＝tanD和e＝-tanE，則傾斜由方程式(3)給出，該方程式與Heenan等人的6,015,214中的方程式等價。傾斜＝arccos(1/√3de〔1+(√d+√e)√(de-1)/(d+e)〕)(3)對於規則的三角形立方角，三角形的三個角簡單地與平面圖中圍繞立方頂的角度互補。例如，在圖17C中，標誌為A的角加上標誌為D的角必須等於180°。
申請人提供以下五個有關立方傾斜的術語的定義立方軸線從立方角出發的對角線，所述立方和其角位於立方角元件的下面。
傾斜立方角一立方角具有的軸線不垂直於護板表面。傾斜測量為立方軸線和護板表面法線之間的角度。注釋當沒有傾斜時，垂直於護板表面的一平面圖顯示頂點處的面角度都不是120°。
邊緣更平行的傾斜立方角傾斜使得立方軸線、一個兩面角邊緣，以及從立方角頂到護板表面的法線都位於一個平面內，而法線位於立方軸線和兩面角邊緣之間。注釋當傾斜是emp時，垂直於護板表面的一平面圖顯示頂點處的兩個面角度相等，且小於頂點處的第三面角。
面更平行的傾斜立方角傾斜使得立方軸線、一個兩面角邊緣，以及從立方角頂到護板表面的法線都位於一個平面內，而兩面角邊緣位於立方軸線和法線之間。注釋當傾斜是fmp時，垂直於護板表面的一平面圖顯示頂點處的兩個面角度相等，且大於頂點處的第三面角。
複合傾斜立方角傾斜使得立方軸線、一個兩面角邊緣，以及從立方角頂到護板表面的法線都不位於一個平面內。注釋當傾斜是複合傾斜時，垂直於護板表面的一平面圖顯示頂點處沒有兩個面角度相等。
由三組平行對稱的規則為等深度的V形槽形成的陣列的立方角是三角形立方角。對於這些立方角，三角形形狀確定傾斜，而傾斜又確定三角形形狀。傾斜表示為圍繞頂點的平面圖中的角度。申請人對於傾斜和有效孔已作出以下的觀察。結合稜鏡材料的折射率，傾斜確定對於各β、ω對的有效孔。圖18A示出-未傾斜的三角形立方角，而圖18B-D示出三個不同三角形立方角，各具有9.74°的傾斜。
示出對於β＝0°的有效孔，對此角度折射率沒有作用。與未傾斜的立方角的66.7％相比，9.74°傾斜的立方角在β＝0°處具有從50％至53.6％的有效孔。圖18A-D中的三角形劃出相等的區域。當表示為分數或百分數時，「有效孔」意指參與回射的立方角的面積除以立方角佔據陣列的面積之比。
通過幾何構造或陣列跟蹤，有效孔可對任意β和ω確定。圖19A-E示出申請人的觀察結果某些三角形稜鏡立方角(折射率為1.586)的有效孔對於四個不同的ω-90°、0°、90°、180°如何隨β變化；圖19A對於傾斜0°；圖19B對於傾斜9.74°fmp；圖19C對於從50°-60°-70°的三角形的9.74°複合傾斜；圖19D和19E對於傾斜9.74°emp。圖19A-E各是對單一立方角。有一護板前表面的區域對應於全部的立方角稜鏡。分數的或百分比有效孔的計算根據沿照明方向投射的該面積乘以cosβ。
圖20A、20B和20C分別是圖19B、19C，以及19D E的傾斜的立方角錢德勒圖和平面圖。圖20B的三角形立方角沒有對稱平面，於是，如何形成0°或90°ω不明顯。立方角轉動而使其錢德勒圖的最細的分支對中在90°ω上。注意到，進入角大而接近180°ω但不接近0°ω。照顧到-90°ω的成對的立方也照顧到180°。挖掘非對稱性是提高這樣的立方角的進入角的訣竅。
圖19A中對於未傾斜的立方角的所有曲線示出隨β增加而減小的有效孔。各個圖19B-E對於傾斜的立方角具有至少一個曲線顯示初始隨β增加而增加的有效孔。9.74°fmp立方對於ω＝90°具有此情形(圖19B)。50-60-70的立方對於ω＝0°和90°具有此情形(圖19C)。9.74°emp立方對於ω＝-90°具有此情形(圖19D)。
錢德勒圖表明對於β和ω值組合面的反射率較高。對於高的回射反射率這是必要的但不是充分條件，其它的因素是有效孔。比較圖19A-E和對應的圖20A-C，可以快速地評價設計。尤其是，比較圖19D和19E與圖20C可以揭示9.74°emp立方角有關的問題。錢德勒圖對於ω＝-90°將β限制到剛好42.8°。因此，圖19D所示的最高有效孔是浪費的。錢德勒圖對於ω＝+90°顯示無限制的β，其中，圖19D示出薄弱的有效孔曲線。錢德勒圖還對於ω-45°和-135°(指示為225°)顯示非限制的β。圖19E示出對於這兩個ω的薄弱的有效孔曲線。圖19E示出對於ω+45°和+135°的強的有效孔曲線，但圖20C示出沿這些方向TIR限制在β＝19.7°。在兩個因素的如此不協調的傾斜立方角中，9.74°emp立方角是一種笨拙的做法。
9.74°fmp傾斜的三角形立方角較為幸運。其在圖19B中的有效孔的高曲線是針對ω＝+90°，根據圖20A，對此ω立方角在全部的進入角是維持TIR。圖19B中的有效孔的中間曲線是針對ω＝0°和180°，它們在圖20A中顯示中等的TIR。圖19B中的有效孔的最弱曲線是針對ω＝-90°，根據圖20A，對此角度的TIR強烈地被截頭。ω＝-90°將被匹配的立方覆蓋。Hoopman的4,588,258揭示了fmp傾斜的三角形立方角，其對於所有四個ω-90°、0°、90°、180°具有寬範圍的進入角。申請人已經觀察到，這是兩個幾何因素的有利地合作所造成。
申請人已經觀察到，對於由圖19C和20B的50°-60°-70°的稜鏡示範的複合傾斜的三角形立方角，兩個幾何因素發生最和諧的互相作用。就圖19B和20A的fmp傾斜的立方角來說，圖19C的有效孔的最高曲線是針對ω＝+90°，根據圖20B，對此ω立方角在全部的進入角是維持TIR。再對應於fmp傾斜的立方角實例，圖19C的最弱曲線是針對ω＝-90°，根據圖20B，對此角度的TIR強力地被截頭。複合傾斜立方角與fmp立方角的不同之處在於，圖19C具有單獨的對於ω＝0°和ω＝180°的曲線，分別為低和高，而圖19B具有單一的中間曲線。圖20B顯示對於ω＝0°方向在β＝34.9°處TIR被截頭，而對於ω＝180°TIR保持在β＝72.9°。在圖19C和20B之間有漂亮的合作。ω＝-90°和ω＝0°的方向將被匹配的立方覆蓋。Smith等人的5,822,121和5,926,314揭示了不等邊三角形立方角，其對於所有四個ω-90°、0°、90°、180°具有寬範圍的進入角。
回射護板必須薄而能彎曲，這樣，立方必須小，在150μm至750μm深的量級上。該規格的立方在相對於車行道特性的角度範圍內折射光線。因此，護板的立方角的光學設計的折射分析是必要的。小的活性區域是指大的折射圖形。一般來說，在一設計中，一對立方中的一個保持大的活性區域，而另一個死去，這樣的設計對於下面的設計是較佳的一對立方中的兩個都保持中等的活性區域，總起來與第一設計相同。對於給定的此原因和其它原因，相對於fmp和emp型來說，複合傾斜的三角形立方角稜鏡具有優點。
圖18A-D和圖19A-E再次示出對於β＝0°的傾斜實例有效孔是介於對於β＝0°的未傾斜立方角的有效孔的3/4和4/5之間。由於大部分的路面標誌使用β總是接近0°，所以，這是傾斜實例的嚴重的缺陷。β接近0°的缺陷可通過減少傾斜來予以減少，即，妥協立方角的傾斜程度。因此，Szczech的5,138,488揭示了4.3°fmp傾斜立方角稜鏡的特性。然而，配對的帶有諸如1.586的中等折射率的斜度4.3°是太小的斜度而不能在所有四個ω方向一90°、0°、90°、180°提供大的進入角。
圖21與Heenan等人的6,015,214中的圖31相同。它示出一兩個部分的工具，其包括一非規則陣列的三角形立方角。該工具可毗鄰標誌為124的棉重複許多次，以製成一完全的工具。形成的護板的前表面將垂直於圖21中垂直所示的線。假定圖21中的三角形的邊是等邊的，假定角x等於9.74°，則立方角交替地傾斜9.74°fmp和9.74°emp。然而，它們看起來並不像圖18B和18D中對應斜度的規則三角形。圖22示出交替的fmp和emp立方角的一垂直於護板的平面圖，它由圖21的工具所造成。各個立方角具有β＝0°處的62.7％的有效孔。這與圖18B的規則的9.74°的fmp立方角的50.0％相比，以及與圖18D的規則的9.74°的emp立方角的53.6％相比，都具有優點。Heenan等人的6,015,214不揭示或提出對於圖21的三角形立方角的有效孔上的這些優點。第一個優點應理解為一幾何結果，其形成的fmp三角形的單一邊緣的深度小於三角形的其餘部分。第二個優點應理解為一幾何結果，其形成的emp三角形的單一邊緣的深度大於三角形的其餘部分。深度看作為向下觀看在圖21的工具上。
Mimura等人的6,083,607和6,318,866B1揭示了如果規則排列的emp三角形立方角被修正為形成鋒利槽，對應於該等腰三角形的短邊，深度大於其它兩個槽，則這基本上可提高有效孔。Mimura等人的6,390,629B1揭示了如果規則排列的fmp三角形立方角被修正為形成鈍的槽，對應於該等腰三角形的長邊，深度大於其它兩個槽，則這基本上可提高有效孔。
六角形或矩形立方角在β＝0°處通常具有100％的有效孔，它隨β的增加而快速地下降。Heenan等人的6,015,214揭示了在六角形或矩形立方角中頂點偏離中心，以便在大β處提高回射反射率，而犧牲在小β處的回射反射率。頂點偏離中心並不影響錢德勒圖，但強烈地影響各種β和ω的有效孔。三角形立方角對於小的β具有相當小的有效孔。一未傾斜的三角形立方角對於β＝0°僅具有66.7％的有效孔。更加理想的傾斜的三角形立方角對於β＝0°更加減弱。
本發明的目的是改進最理想的傾斜的三角形立方角的有效孔。上述的討論已經表明它們是具有複合斜度的三角形立方角，而不是「面更平行」或「邊緣更平行」的傾斜。改進有效孔的技術涉及到規則排列的槽形成到三個不同深度，以便位移立方角的頂點朝向描繪槽路徑的三角形的質心，所有都可在平面圖中可見。

發明內容
本發明包括一立方角元件的陣列，其由三組平行的V形槽形成，三個槽組的方向使得三個角中沒有兩個是相等的。此外，當在沿垂直於陣列方向的平面內觀看陣列時，沿槽根部的直線確定三角形的圖形，其中，立方角的頂點位於離其對應的三角形的質心一定距離處，該距離基本上小於三角形垂心和其質心之間的距離。立方角可以是陽的微立方角，其形成在具有一第二大致平表面的透明材料內，於是進入第二表面的光可以回射。本發明的立方角是非金屬化的稜鏡。
在本發明的一個實施例中，三組V形槽的根部位於三個截然不同的平行平面內。在本發明的另一個實施例中，三組V形槽不位於三個平行平面內，但一組槽的深度通常大於第二組的深度，第二組通常又大於第三組的深度，深度是相對於參考平面而言。在一實施例中，在淺的一組中的深度不大於中間組內的深度的90％，中間組中的深度不大於深的一組內的深度的90％。
在各個實施例中，典型的立方角由具有不同夾角的三個V形槽形成。最鈍的V形槽是最淺的深度，中間的V形槽是中等的深度，而尖銳的V形槽是最深的深度。
因為槽的方向做得沒有兩個角相等，以使立方角具有一理想的複合斜度，又因為槽的深度以上述的方式做得不相等，以使幾何效率緊密地接近較小進入角處的未傾斜的三角形立方角的幾何效率。變化三個槽的深度可以在三角形內位移立方頂點到任何地方，其由槽根部的直線形成，所有都在平面圖中。
採用相等的槽深度，頂點出現在三角形的垂心處。本發明詳細考慮沿從三角形垂心到其質心的直線位移頂點的效率。在大部分的線段上對於0°進入角，幾何效率容易超過60％。當位移是該線段的1/4和3/4之間時，對於一寬範圍的進入角，在需要的定向角處無過度的切口，可達到卓越的效率。一優選的實施例具有的頂點位移在從垂心到質心的一半處。
本發明的基本的立方角陣列可在四種最重要的方向ω＝-90°、0°、90°、180°產生非常高的進入角。對於改進的對稱性，但仍強調在這些四個ω值上，這些陣列可以是「鉸接」的，組裝亞陣列與差90°轉角的類似的亞陣列，或通過鏡面對稱。
最後，使用三組平行的等距離的對稱的V形槽來形成本發明的立方角的形狀，這使得主要工具可以容易地和精確地製造，全部地形結構的簡化使得塑料的回射護板可以有效地和成本合理地製造。
附圖的簡要說明圖1是具有一從其中心出發的虛的杆投影的道路標誌的立體圖，以示出進入角β和定向角ω；圖2A是沿進入光線的方向的立方角的視圖，示出退出點C如何由到達點A所確定；圖2B示出圖2A的立方角區域，其對光學上回射是有效的；圖2C示出當立方角三角形的交線圍繞頂點轉動180°時如何可找到三角形立方角的有效孔；圖3是一現有技術的非斜置的立方角的平面圖，示出入射光束可進入的不同的ω方向；圖4是對圖3的現有技術的立方角的錢德勒圖；圖5示出非斜置的立方角如何在現有技術中「配對」，以便在包括-90°和+90°的定向角ω的範圍上提供大的進入角TIR；圖6示出對於圖5的兩個立方角(丙烯酸酯稜鏡)的疊加的錢德勒圖；圖7示出非斜置的稜鏡立方角的錢德勒圖如何作為其材料的折射率的函數而變化；圖8是一對現有技術的10°面更平行斜置立方角的平面圖；圖9是對於圖8所示的立方角(丙烯酸酯稜鏡)的錢德勒圖；圖10是一對現有技術的立方角的錢德勒圖，該立方角諸如圖8所示的立方角(丙烯酸酯稜鏡)，但具有11.3°面更平行斜置；圖11是一對現有技術的10°邊緣更平行立方角的平面圖；圖12是對於圖11所示的立方角(丙烯酸酯稜鏡)的錢德勒圖；圖13A是現有技術的三角形立方角的平面圖，其中，粗箭頭追隨三角形的高度，並指出照明定向角，對於給定的進入角，該定向角在立方面上作最小的入射角；圖13B是對於圖13A的立方角的錢德勒圖，其中，箭頭對應於圖13A中的箭頭；圖14是一對圖13A的現有技術的立方角的平面圖，示出立方軸線之間的斜的關係；圖15是對於圖14所示的一對立方角的錢德勒圖；圖16是n＝1.63材料的16°面更平行稜鏡立方角的錢德勒圖；圖17A-17F示出從面更平行通過複合到邊緣更平行的11.3°斜面的連續體，對於對應丙烯酸酯稜鏡的連續體的錢德勒圖；圖18A-18D示出現有技術的規則排列的三角形立方角的有效孔如何在法向入射處隨斜面變化；
圖19A-19E示出有效孔如何對現有技術的規則的三角形聚碳酸酯立方角在選擇的ω處作為進入角β的函數變化，沒有斜面和傾斜的9.74°面更平行，50-60-70複合，以及9.74°邊緣更平行；圖20A、20B和20C分別是圖19B、19C和19DE的9.74°的傾斜的立方角的錢德勒圖；圖21是包括非規則的三角形立方角的現有技術的陽工具的立體圖；圖22示出圖21的兩個立方角的有效孔；圖23示出說明書中的定理1；圖24示出說明書中的定理2；圖25示出對於不等邊三角形垂心如何不同於質心；圖26A和26B示出不等邊三角形形成的立方角的頂點如何可以被三高度控制有利地位移；圖27是包括圖26B的本發明的一三高度規則的陣列的立方角的平面圖；圖28是帶有50°-60°-70°三角形和其疊加的質心的本發明的一三高度規則的陣列的立方角的平面圖；圖29是圖28的立方角陣列的一部分的立體圖；圖30A示出一帶有位移參數ρ＝0.75的本發明的準三角形立方角；圖30B示出對於一規則的八個頂點位置，其中，諸槽在ρ＝0.5深度和ρ＝0.75深度之間變化；圖31A-31E是對於本發明的立方角陣列的在β介於0°和60°之間的所有ω上的幾何效率的極坐標圖，示出從ρ＝0至ρ＝0.75的改進；圖32A-32B是從圖31A-31E得出的曲線圖，圖32A詳述兩個ω的-90°和+90°的幾何效率，而圖32B是詳述兩個ω的0°和180°的幾何效率；圖33示意地示出兩個銷組件，使用本發明的50°-60°-70°，ρ＝0.5的立方角；圖34示意地示出兩個銷組件，使用圖33所示的立方角的鏡像；圖35繪出本發明的銷的立方角設計的聚碳酸酯稜鏡的幾何效率的曲線，類似於圖33和34銷組件，ρ』的範圍從0至1；圖36A是示出圖33或34的兩銷結構的聚碳酸酯稜鏡的幾何效率的極坐標圖；圖36B是示出組合圖33和34的四銷結構的聚碳酸酯稜鏡的幾何效率的極坐標圖；圖37是單一準三角形立方角的優選實施例的平面圖；圖38是圖37的規則的立方角的陣列的平面圖；圖39是圖38所示的立方角的兩個轉動的錢德勒圖；圖40是對於優選實施例的在β介於0°和60°之間的所有ω上的幾何效率的極坐標圖；圖41A和41B是示出優選實施例的幾何效率的曲線圖，其中，槽g3垂直在物品內，而槽g3轉過10°；圖42A和42B示意地示出優選實施例的四個銷組件，第一個帶有槽g310°偏離垂直或水平方向，第二個帶有槽g3沿垂直或水平方向；圖43A和43B示出根據圖42A和42B的銷的錢德勒圖；圖44是示出顯示在圖42A和42B內的銷組件的幾何效率的曲線圖；圖45A和45B是示出優選實施例的回射係數的計算值的曲線圖。
具體實施例方式
兩個幾何定理用來解釋本發明。
定理1(圖23)。對於一平面內的任意三點A、B、C，在平面的上方存在有一點且只有一點O，使得AO、BO和CO彼此垂直。此外，從點O到平面的垂線交於三角形ABC的垂心，即，三角形ABC的三條高的交點H。
定理2(圖24)。在一平面內，如果ABC是任意三角形，而A』B』C』是同一三角形圍繞平面內某一點轉過180°，則兩個三角形相交的最大可能面積是一個三角形面積的2/3，這只在圍繞三角形ABC的質心轉動時才發生，即，圍繞三角形ABC的三條中線的交點G。三角形A』B』C』的質心位於同一點。
定理1意味著垂直於三角形的平面不管怎樣觀察三角形立方角時，立方角的三個兩面角的邊緣顯現為三角形的三條高，而立方角的頂點顯現為三角形的垂心。對於規則的三角形立方角這視圖對應於β＝0°的照明。
定理2意味著對於規則的三角形立方角為了對β＝0°照明具有大的有效孔，當垂直於三角形的平面觀看時，其頂點應顯示為三角形的質心。
對於非等邊三角形，垂心不同於質心。圖25示出對於一對應於一複合傾斜的三角形立方角的三角形，垂心H頗遠離質心G。因此，定理2指出立方角的頂點應位於的某位置，而定理1卻指出不能。
本發明的立方角陣列是可以規則排列的，即，它們可通過成形工具沿著平行於一稱之為規則排列平面的公共平面的路徑重複地作直線運動而產生。尤其是，該工具切割對稱的V形槽而形成本發明的立方角陣列。
圖26A的點ABCH對應於圖25的平面中的諸點，它們示出帶有頂點H的一實心的立方角。圖25的點G再現在圖26A中，作為頂點的一個可能的新位置。圖26A示意地示出一立方角頂點可如何進行位移而三個立方角面仍保持平行於其三個原始的平面。兩面角的邊緣相交在新的頂點H看起來與兩面角的邊緣相交在原始的頂點G相同。複合傾斜已被保存。三角形ABC的角A、B和C分別地為76.9°、43.9°和59.2°。形成面HBC的同樣近似的103.8°V形槽切割器，通過切割到一較淺的深度可形成一類似的示意的面GKL。形成面HCA的同樣近似的43.7°V形槽切割器，通過切割到一較深的深度可形成一類似的示意的面GLCAJ。形成面HAB的同樣近似的58.9°切割器，通過切割到一中等的深度可形成一類似的示意的面GJBK。
圖26B示出如何通過這樣的三高度控制方法近似地實現示意的圖26A。在圖26B中，將長度CB看作1，頂點G看作深度0，則沿CA顯示的最深和最鋒利的V形槽具有的深度為0.809，沿OL顯示的最淺和最鈍的V形槽具有的深度為0.181，沿JM顯示的中等的V形槽具有的深度為0.464。最深、最鋒利的槽顯然形成如圖26A所示的5邊的面GLCAJ。最淺、最鈍的V形槽不形成如圖26A所示的三側邊的面GKL，但形成一四邊的面GNOL。中等深度、中等寬度的V形槽不形成如圖26A所示的四邊面GJBK，但形成四邊面GJMN。此外，還顯然有一四邊面MNOB。該面不屬於立方角。當切割器形成一不同的槽，即，在點B處時，通過形成面GLCAJ的最鋒利、最深的V形槽切割器的相對的半部可形成上述的面。
對於圖26B中的帶有頂點G的立方角，各個立方面具有兩個兩面角的邊緣和一個或多個非兩面角的邊緣。可見各個立方面的最長邊緣是沿形成該面的V形槽的根部的一非兩面角的邊緣。表達語立方角的「長面的邊緣」是指各個面的最長的邊緣。
通過在一規則的陣列內顯示，圖27消除了觀看圖26B的立方角為三角形的不自然。在陣列的平面圖中，沒有可辨別的三角形的頂點A、B、C。三角形ABC可位於陣列中，並與具有頂點G的立方角相聯繫，但在頂點處的具有角LGJ的面延伸超過三角形ABC，三角形的一區域MNOB不參與G立方角的回射，但確實參與(儘管微弱)具有頂點G』的鄰近立方實施的一定β和ω的照明的回射。本發明的立方角不是嚴格的三角形，被稱之為「準三角形」。
本發明的立方角與Mimura等人的6,083,607、6,318,866B1和6,390,629B1不同之處在於，具有複合傾斜，而不是emp或fmp傾斜。其結果，本發明的立方角的面沒有兩個是全等的，且形成的槽深度沒有兩個是一致的。
圖26B和圖27的立方角的設計具有一非常大的17.6°複合傾斜，並主要用來表示本發明的通過三高度控制的頂點位移的概念。圖28示出頂點位移法類似地應用於圖13A、14、18C和20B中所示的較為實用的9.74°傾斜立方角。開槽的方向彼此為50°、60°和70°，槽的深度選擇為可位移立方頂點。圖28示出立方角陣列並包括帶有其中線的疊加的50°-60°-70°三角形，示出頂點位移到三角形的質心。
圖28還示出各個立方軸線的方向。相對的和相鄰的立方是鄰近的並具有的面是一個V形槽的相對側。各個立方角的軸線傾斜於其三個相對的和相鄰的立方的軸線。
圖29是該立方角陣列的一部分的立體圖。最深的槽可見於左側上，中等的槽在右側上，最淺的槽在圖29中間的上方。類似於所有的平面圖，圖28是一看到立方角內的視圖，於是，它是通過如圖29所示的實心體的平的底側的視圖。
通過合適的三高度控制，頂點可位移到三角形內的任何位置。在本發明中，位移朝向質心，但不必到質心。在理想的複合傾斜的三角形立方角的平面圖(諸如圖25)中，可劃出一直線連接垂心H和質心G。在設計系列中，其中頂點沿從H到G的直線的位移可用分數ρ進行參數化。ρ＝0描述現有技術的設計，即沒有頂點位移。ρ＝1描述頂點位移到三角形質心的設計。業已發現範圍在ρ＝0.25至ρ＝0.75的位移對於優選的複合傾斜是較佳的。還已發現，相對於位移到不位於線HG上和靠近Q的點的位移來說，將頂點位移到偏離線HG的點Q的位移沒有實際的優點或具有缺點。
圖30A示出基於50°-60°-70°三角形的ρ＝0.75的準三角形立方角。在空間中，槽根部g1、g2和g3位於三個高度，即使延伸時它們也不相交。但在圖30A的平面圖中，如果槽根部是相等的深度，則隨著它們的形成，延伸的根部形成該50°-60°-70°三角形。點H是該三角形的垂心，點G是質心。在平面圖中，可以看到立方角頂點X位移從H到G的距離的75％。ρ＝HX/HG＝0.75。
給出圖30A的立方角稜鏡的錢德勒圖，如果稜鏡由丙烯酸酯製成，則在圖13B中予以適當的轉動，或如果稜鏡由聚碳酸酯製成，則在圖20B中予以適當的轉動。這些轉動是必要的，因為在圖30A中三角形的最長邊是從垂直方向逆時針轉過40°，而在圖13A中它是垂直的，在圖20B中它是從垂直方向逆時針轉過10°。錢德勒圖與頂點位移無關。
有效孔取決於的位移。圖31A-E示出50°-60°-70°三角形的幾何效率和由聚碳酸酯製成的準三角形立方角稜鏡如何依賴於頂點位移參數ρ。幾何效率對於規則陣列進行計算，包括兩個離開180°定向的稜鏡。三角形如圖20B所示地定向，或轉過180°定向。三角形都具有其最長邊從垂直方向逆時針轉過10°。在各個圖31A-E中，徑向方向代表從0°到60°的進入角β，而圓周方向代表定向角ω。因此，圖31A-E具有與錢德勒圖相同的格式，例外的是進入角有限制。
幾何效率是有效孔和組合面反射率的乘積。組合面反射率比錢德勒圖稍多提供資料，因為後者僅在組合面的反射率達到100％時才顯示。幾何效率可以通過包括表面處的菲涅爾反射的光線跟蹤法方便地予以確定。也可通過獨立計算予以確定，即，利用圖2A的方法計算有效孔和利用菲涅爾方程對所有三個內反射計算組合面的反射率。後者的計算更為簡單，其識別照明光線照在一立方角的任何面(不管是相遇第一、第二或第三面)上的入射角，等於一平行於進入光線並與該面首先相遇的光線在此面上形成的入射角。在確定幾何效率中偏振現象被忽略。
五個圖31A、31B、31C、31D、31E分別對於ρ＝0、0.25、0.5、0.75、1。前三個圖示出幾何效率逐步地改進，從現有技術的ρ＝0到ρ＝0.25，然後到ρ＝0.5。後一個圖提出稍微的附加的改進，其ρ＝0.75。最後一個圖示出下降，其ρ＝1。即，ρ＝1在小β處無關緊要地優於ρ＝0.75，但在大β處顯著地差。
圖31A-E示出對於所有四個ω-90°、0°、90°、180°，稜鏡元件轉動對於達到良好的進入角的重要性。用於這些實例的逆時針轉動10°代表一種折中，其中，對ω＝±90°在非常大的進入角處的幾何效率是犧牲對ω＝0°和180°在稍許小的進入角的幾何效率獲得的。也可選擇在約20°逆時針和約20°順時針之間的其它的轉動來實現其它的折中。
圖32A-B示出圖31A-E的某些數據以作數量上的比較。圖32A示出對應於ω-90°或+90°的圖31A-E的水平切片上的幾何效率。圖32B示出對應於ω0°或180°的圖31A-E的垂直切片上的幾何效率。對於現有技術的ρ＝0立方角的最大改進是明顯的。ρ＝0.75對於ρ＝1的優點也是明顯的。ρ＝0.5一般優於ρ＝0.25。ρ＝0.75和ρ＝0.5在所考慮的五個頂點位移中是最有效的。在ρ＝0.75和ρ＝0.5之間的選擇分別取決於小和大進入角的相對重要性。
由於特性在頂點位移ρ的一個範圍上是有效的，且由於頂點離其上形成ρ的線HG的距離小而無害，所以，可以這樣地應用本發明，即，各槽組內的槽的深度不保持恆定不變。例如，各組中的槽深度可以在產生ρ＝0.75的深度和產生ρ＝0.5的深度之間變化。在此實例中，1/8的立方角是ρ＝0.75型，而1/9的立方角是ρ＝0.5型。其餘3/4由六種頂點不在HG線上的混合型組成。圖30B示出取自圖30A中的包括ρ＝0.75點X的HG線的放大圖。圖30B中的點Y是ρ＝0.5點。
對於各槽組內具有變化深度的實例的控制，六個較小的點示出其它的頂點位置。
儘管表徵在圖31B-D和32A-B中的立方角的設計對於所有四個ω-90°、0°、90°、180°具有良好的進入角，但方向不是等價的。沒有立方角稜鏡連同其180°轉動匹配可實現這一點。對於在所有四個方向需要相同特性的應用中，可以應用舊的訣竅「鉸接」(後來稱之為「傾斜」)。鉸接機構揭示在Montalbano的4,460,449中，鉸接應用於Stimsonite的「高性能級」稜鏡護板中，其在1986年首先在市場上銷售。承載大而厚的規則的主件的相同的立方角陣列被切成正方形銷，它們都相似經立方角陣列的轉動而變為新的大而厚的主件。結果是立方角稜鏡在最終的陣列中具有兩個以上的轉動。圖33示意地示出一兩銷的組件，其使用本發明的50°-60°-70°ρ＝0.5的立方角稜鏡。圖33中的左邊的銷其最鈍槽的方向為從垂直方向逆時針轉10°，同樣的轉動用於圖31A-E。圖33中的右邊的銷具有的相同的立方角沿順時針方向轉動90°，或同樣地逆時針轉動。該10°和100°的鉸接組件的幾何效率是單獨銷的幾何效率的平均值。圖35示出對於該鉸接結構的每個ρ＝0(現有技術)、0.25、0.5、0.75和1的沿所有四個主ω方向的幾何效率。圖35是圖32A和32B的精確地平均。圖35再次示出ρ＝0(現有技術)和ρ＝1的設計是效率最低的。ρ＝0.25的設計略微低於ρ＝0.5。在ρ＝0.5和ρ＝0.75之間的選擇取決於應用。圖36A示出該鉸接結構中的ρ＝0.5設計的幾何效率。圖36A是與用於沒有鉸接的同樣的稜鏡的圖31C的比較。圖36A具有90°轉動對稱性，但它仍缺少左右的對稱性。圖34示意地示出帶有70°-60°-50°立方角的兩個銷，它們是示意地示於圖33中的50°-60°-70°立方角銷的鏡面影像。圖34結構的幾何效率將是圖36A的鏡面影像。從圖33和34中將所有四個銷組裝到一單一的護板結構中，這可導致如圖36B所示的幾何效率，其具有90°轉動對稱性和左右的對稱性。圖35的曲線適用於四銷結構。
儘管它達到對稱性，但鉸接組件也具有缺點。帶有規則端部的精確銷難於製造和組裝。在立方截頭或變形的銷的邊緣處不可避免地存在回射率的損失。出於這樣的原因，實際的做法是減小其效率，在圖35、36A-B中的效率上乘以0.95因子。
下面的表給出在ρ＝0.25、0.5、0.75和1對於50°-60°-70°立方角的控制尺寸，其中包括現有技術的ρ＝0以供參考。由於結構的深度隨ρ的增加而增加，所以，對於較小的ρ存在製造的優點。
表1

兩個最鈍槽g2和g3相遇在三角形的最小角50°處。兩個最鋒利槽g1和g2相遇在三角形的最大角70°處。
優選實施例所有聚碳酸酯製成的50°-60°-70°立方角稜鏡對於ω＝±90°在約β＝11°處幾何效率具有突然的下降。如圖20B中的錢德勒圖所示，這是由在一半的立方角中TIR損失造成。可依賴於相當大的9.74°的複合傾斜。對於路面標誌的應用較佳地採用如下的設計至少β＝15°對於所有的ω所有立方角發揮功能。具有6.70°複合傾斜的53°-60°-67°立方角的設計可用於本發明的該優選的實施例中。表2給出在ρ＝0.25、0.5、0.75和1對於53°-60°-67°立方角的控制尺寸，其中包括現有技術的ρ＝0以供參考。
表2


對此實施例，立方的頂點位移ρ＝0.5。稜鏡材料是聚碳酸酯n＝1.586。立方角陣列轉動，以使對應於立方角的最鈍、最淺的槽(表2中指示為g3)的三角形的最長邊從垂直方向逆時針轉動10°。
圖37示出該優選實施例的單一的準三角形立方角。圖38示出這樣立方角的規則陣列的一部分。圖39示出對於一對這樣的立方角的錢德勒圖。
圖39中的立方角的錢德勒圖中的臂使得彼此的角度近似為140.0°、119.1°、100.9°。為確定這些角度，我們取β＝50°處的臂的中心點。在製造的物品中，轉動立方角以使形成兩個較小角度的臂幾乎與長的護板對齊。這導致其它臂中的一個臂對諸臂離垂直方向轉動約10°，而第三臂離垂直方向轉動約30°。
圖39中的錢德勒圖示出沿±90°方向的無限制的進入角和沿0°和180°方向的限制到約57°的進入角。保守的做法是，有效的進入角沿後者的方向限制在45°至50°。
大部分路面標誌應用涉及的β在0°至15°範圍內，而角度ω無限制。成功的路面標誌護板需要在此範圍內具有所有的立方功能。圖39的錢德勒圖示出在全15°圓上的TIR。假定折射率至少為1.580，該TIR由53°-60°-67°立方角保持。
ρ＝0的現有技術陣列具有如上給出的角度和等深的諸槽，它由三角形立方角組成並具有對於正常入射下的59.3％的幾何效率。該59.3％的值應與等邊、未傾斜的立方角的66.7％的幾何效率比較。在此優選的ρ＝0.5實施例中，頂點位移半途到質心。通過形成相當不等的槽深而同時保持所有槽角度、方向和間距不變，由此實現位移。從表2可見，最淺的槽具有的深度是對應現有技術的陣列的槽深的88％，最深的槽具有的深度是現有技術的槽深的118％。
三高度準三角形立方角的合成的陣列在正常入射處具有64.8％的幾何效率，其是單一深度三角形立方角的1.09倍。該增益略隨進入角的增加而減小，但直到50和55度之間才達到等同性。
圖40示出對於0°和60°之間的進入角β在全範圍的定向角ω上的該優選實施例的幾何效率。圖41A繪出取自圖40的水平和垂直方向的切片的曲線數據。從圖41A可見，在β＝50°處該實施例在±90°ω方向內具有24.8％的幾何效率，在0°和180°ω方向內具有16.5％的幾何效率。
申請人知道不再有包括n＝1.586材料的三角形或準三角形的其它的規則的立方角陣列，其組合該優選實施例的三個所述的特徵1.所有立方具有β＝15°處對於所有ω的TIR。
2.在β＝0°處64％以上的幾何效率。
3.在β＝50°處對於ω＝-90°、0°、90°、180°，16％以上的幾何效率。
應該理解到，該優選的實施例包括設計的折中。例如，沒有10°轉動，圖41B將取代圖41A。圖41A和41B的比較示出10°的轉動基本上對β＝50°在0°和180°ω方向提高几何效率，但對β＝35°在0°和180°ω方向降低幾何效率。
本發明的使用者將認識到回射反射器設計通常涉及困難的折中，經常涉及β和ω的權衡。如上所述，使用四個銷可均衡特性。圖42A示出典型的立方角，其在各四個銷中有10°轉動。圖42B示出典型的立方角，其在各四個銷中沒有轉動。對於四銷組件，圖41A的兩個曲線變為一單一的平均的曲線，且圖41B的兩個曲線變為一單一的平均的曲線。圖44示出幾何效率的兩個合成的曲線。在鉸接之後，兩個設計更加接近等價，但保持β＝35°對β＝50°的某種權衡。應注意到，圖44的幾何效率曲線對鉸接損失不考慮估計值乘0.95的折減。還應注意到，對於這些比較的數據以5°β和10°ω的間隔採集。圖43A和43B示出對應於圖42A和42B中所示的各個銷的錢德勒圖。本發明的立方角有望是微立方角，其在本技術的目前狀態中最好由控制來形成。形成本發明的各個準三角形立方角的三個槽的根部通常不相交，但當在沿垂直於控制平面的方向的平面內觀察時，沿槽根部的直線確定一三角形。對於微立方角該三角形的面積小於約0.3mm2。通常，該三角形的面積在約0.007mm2至約0.07mm2的範圍內。
兩個光學因素保持來描述一實施例光學元件的尺寸和元件的失常。尺寸必須予以規定，因為護板中的立方角稜鏡足夠小以使它們的衍射特性顯著地影響回射率。幾何效率依賴於相對於全部結構面積的有效孔的面積。衍射效率依賴於絕對面積和有效孔的形狀。元件尺寸和失常應根據護板的應用進行選擇。本發明的立方角意圖用於路面標誌和類似的護板的應用。主要用於長距離回射的路面標誌護板將具有相對大的稜鏡，三角形的面積大於0.03mm2以及小的失常，以便產生緻密的回射光束，大概規定在剛好0.5°的發散。用於短距離回射的路面標誌護板應具有故意的失常，以便將回射光擴散為一較寬的光束，大概規定在2.0°的發散。然後，方便地和經濟地將稜鏡做得相當小，使三角形面積小於0.015mm2，令衍射作一定程度的擴散。這排除光束中心處的有意的衰減，但從該策略中沒有增益。橫貫2.0°發散光束的回射光束強度的期望水平是橫貫類似形式的0.5°發散光束的水平的1/4。因此，設計一短距離路面標誌護板遠比設計一長距離路面標誌護板富有挑戰性。儘管本發明的立方角的高几何效率使其適於短距離路面標誌護板，但該優選實施例是一中等距離路面標誌護板，其用於大部分的路面標誌。
該優選實施例是一準三角形53°-60°-67°立方角的控制，其軸向位移ρ＝0.5，三角形面積為0.015mm2。三角形面積為0.015mm2意味著表2中的所有無量綱的線性尺寸必須乘以√0.015mm2＝0.1225m，從而給出表3中的控制尺寸。
表3

對於V形槽和槽間距，本發明的使用者將進行比表3給出值更精確的計算。然而，槽的深度不是關鍵的。槽深度的0.001mm的誤差導致ρ的小的誤差，或頂點離HG線小的偏移，這可以允許的。
在控制過程中引入立方角失常的方法在本技術領域內是眾所周知的，可從Appeldorn的4,775,219了解。2002年6月11日提交的未決的美國專利申請S.N.10/167,135，其要求對2001年6月11日提交的S.N.60/297,394的優先權，該專利揭示了其它的方法。在工具製造過程中用來引入立方角失常的其它方法揭示在2002年12月12日提交的題為「用集中基底應力法製造的帶有控制發散性的回射反射器」的未決的美國專利申請中，該方法被應用於本優選的實施例中。利用Pricone等人的4,486,363中揭示的方法，使用Pricone的4,478,769中揭示的方法製造的工具，並包含表3所述的立方角，用與2002年12月12日的申請中揭示的相同的比例和分布的失常進行修改，護板可在透明無色的聚碳酸酯中進行壓花。具體來說，平均的兩面角是1.0弧度分，而標準偏差是7.3弧度分。
在此應用時，只有計算的回射係數RA用於護板。該計算包括偏振作用和根據EdsonR.Peck法計算的衍射(1962年3月第3期美國光學學會期刊52卷「立方回射器和內腔的偏振特性」)。涉及多立方的回射被忽略。對於非金屬化護板的中的焊接的非回射區域，允許30％的RA衰減，而對於工具、材料和製造中的缺陷還允許附加10％衰減。
圖45A和45B示出該優選實施例的計算的回射係數，其可根據ASTME810-02「利用共平面幾何求得回射護板的回射係數的標準試驗方法」量度。圖45A是對於進入角β＝4°，而圖45B是對於進入角β＝30°。
RA測量對於一平方米護板回射光相對於由照明光束產生的垂直照度的照明強度。ASTM試驗方法在包含照明方向和護板表面法線的平面內以不同的發散角α測量該強度。ASTME810-02試驗方法中的角度ε等於定向角ω。所有回射角在ASTME808-01「描述回射性的標準實踐」中予以解釋。該應用的角度ω在ASTM文件中標註為「ωs」。
從圖45A和45B中得出的表4給出該優選實施例護板的計算的RA值，其在ASTMD4956-02「用於交通控制的回射護板的標準技術規格書」中所要求的16個角度試驗點上進行計算。
表4

本技術領域內的技術人員將會認識到，上述優選實施例只是對本發明進行說明，在不脫離本發明的範圍和精神的前提下，可以作出許多修改和變化。可以期待由根據本發明製造的護板形成的路面標誌將有效地在夜間回射車輛的前燈並在白天的太陽和日光下顯現為明亮。
權利要求
1.一規則的立方角陣列，各個立方角具有的長面的邊緣彼此傾斜。
2.如權利要求1所述的陣列，其特徵在於，所述立方角具有複合的傾斜。
3.如權利要求2所述的陣列，其特徵在於，所述立方角是陽的立方角，其形成在具有一第二大致平表面的透明材料內，所述立方角回射進入第二表面的光。
4.如權利要求1所述的陣列，其特徵在於，各個所述立方角的軸線傾斜於其三個相對的相鄰的立方角的軸線。
5.如權利要求4所述的微立方角元件的陣列，其特徵在於，各兩個微立方角在幾何形狀上是全等的。
6.由三組對稱的V形槽S1、S2、S3形成的微立方角元件的陣列，使每組內的槽平行和等距離，並存在一參考平面，以使S1內的槽的根部基本上比S2內的槽的根部更遠離參考平面，而S2內的槽的根部基本上比S3內的槽的根部更遠離參考平面
7.如權利要求6所述的微立方角元件的陣列，其特徵在於，當所述微立方角元件的陣列在平面內觀看時，沒有與所述三組V形槽的根部對齊的兩對線可使該相同的角度。
8.一微立方角的陣列，對此，頂點位於一平面內，而長面邊緣位於三個平面內
9.如權利要求8所述的陣列，其特徵在於，四個所述平面平行，一組長面邊緣的平面遠離頂點平面較之第二組長面邊緣的平面遠離頂點平面不超過90％，而第二組長面邊緣的平面遠離頂點平面又較之第三組長面邊緣的平面遠離頂點平面不超過90％
10.由三組平行的V形槽形成的立方角的陣列，所述三組槽的方向使得三個角度中沒有兩個是相等的，其中，當在沿垂直於陣列的方向的平面內觀察時，沿所述槽的根部的線確定諸三角形的圖形，其中，所述立方角的頂點位於離其對應三角形質心的距離處，該距離基本上小於所述三角形垂心和其質心之間的距離。
11.如權利要求10所述的陣列，其特徵在於，所述立方角是微立方角。
12.一用來形成如權利要求11所述的回射立方角陣列的工具，其特徵在於，三角形面積是0.1mm2或更小。
13.一包括如權利要求11所述的立方角陣列的回射護板產品，其特徵在於，三角形面積是0.1mm2或更小。
14.如權利要求11所述的陣列，其特徵在於，所述立方角是陽型的並形成在具有第二基本上平的表面的透明材料內，所述立方角對於進入第二表面的光進行回射。
15.如權利要求14所述的回射立方角的陣列，其特徵在於，從頂點到質心的距離不大於從垂心到質心的所述距離的75％。
16.如權利要求14所述的回射立方角的陣列，其特徵在於，各個所述立方角元件傾斜在4°和16°之間。
17.如權利要求14所述的回射立方角的陣列，其特徵在於，槽組的方向使得諸角彼此相差至少5°。
18.如權利要求17所述的回射立方角的陣列，其特徵在於，從頂點到質心的距離不大於從垂心到質心的所述距離的75％。
19.如權利要求18所述的回射立方角的陣列，其特徵在於，所述立方角元件通常對於法向入射的照明具有至少為60％的有效孔。
20.如權利要求18所述的回射立方角的陣列，其特徵在於，所述透明材料的折射率在1.40和1.80之間。
21.一回射立方角的陣列，包括多個可區別的亞陣列，其中的至少兩個如權利要求18所述。
22.如權利要求21所述的回射立方角的陣列，其特徵在於，某些亞陣列的錢德勒圖類同於除90°轉動之外的其它的亞陣列的錢德勒圖。
23.如權利要求21所述的回射立方角的陣列，其特徵在於，某些亞陣列的錢德勒圖類同於除鏡面影像之外的其它的亞陣列的錢德勒圖。
24.如權利要求18所述的回射立方角的陣列，其特徵在於，所述透明材料的折射率至少為1.58，其中，所有立方角元件對於所有高達15°的進入角β和所有定向角ω以三個全內部反射進行回射。
25.如權利要求24所述的回射立方角的陣列，其特徵在於，所述立方角元件對於法向入射的照明具有至少為64％的有效孔。
26.如權利要求25所述的回射立方角的陣列，其特徵在於，對於在90°分離處的定向角ω的四個值，幾何效率在β＝50°處至少為16％。
27.一回射護板產品，包括如權利要求26所述的立方角的陣列，並具有四個所述定向角度ω中的兩個與護板的腹板方向對齊。
全文摘要
本發明提供一規則的立方角陣列，其由三組平行等距離且對稱的V形槽形成。三個V形槽組的方向使得三個角中沒有兩個是相等的。當陣列在平面內觀看時，沿槽根部的直線確定三角形的圖形，其中，立方角的頂點位於離其對應的三角形的質心一定距離處，該距離基本上小於三角形垂心和其質心之間的距離。在一非金屬化的稜鏡回射護板中，準三角形立方角陣列具有複合傾斜的進入角的優點，其在小進入角處具有幾乎非傾斜三角形立方角的效率。
文檔編號G02B5/124GK1726411SQ200380105932
公開日2006年1月25日 申請日期2003年11月7日 優先權日2002年12月17日
發明者D·I·科辛 申請人:艾弗芮丹尼遜有限公司