СВЕТОВОЗВРАЩАЮЩЕЕ ПОКРЫТИЕ (ВАРИАНТЫ)
RETROREFLECTIVE COATING (VERSIONS)

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится, в общем, как отражено в названии, к световозвращающим покрытиям и, более конкретно, к световозвращающим покрытиям, включающим слой, имеющий светопринимающую переднюю поверхность и световозвращающую заднюю поверхность, на которой сформирован массив световозвращающих элементов.
Уровень техники
Световозвращающие покрытия применяются в средствах повышения безопасности дорожного движения, которые возвращают свет фар транспортного средства в обратном направлении, то есть в направлении водителя. Световозвращающее покрытие обычно включает прозрачный слой, имеющий переднюю светопринимающую поверхность и заднюю поверхность, на которой сформирован массив световозвращающих элементов. Свет, падающий на переднюю поверхность, проходит через нее, падает на световозвращающие элементы, образующие в совокупности двумерный световозвращающий массив с регулярным расположением элементов, и отражается, выходя далее через переднюю поверхность. Диапазон расхождения света для световозвращающего массива определяется как максимальный угол, при котором возвращаемый свет все еще является достаточно интенсивным для данного применения. Обычно для световозвращающего покрытия, образующего некоторый рисунок, предпочтительно, чтобы возвращаемый свет достаточной интенсивности был распределен по направлениям, характеризуемым углами расхождения, равными по крайней мере 1° или, что предпочтительно, 3° и более.
Усиливающие аберрацию света искажения, отклонения и иррегулярности (далее называемые неправильностями, или аберрациями), намеренно вносимые в отдельный световозвращающий элемент или во многие такие элементы, могут положительно сказаться на диапазоне расхождения массива в целом; например, диапазон расхождения может быть расширен без возникновения нежелательной дифракции. Если проследить происхождение аберраций световозвращающих массивов в процессе производства, то окажется, что их источником являются неправильности эталонного образца для штамповки, возникающие при его изготовлении инструментами, служащими для формирования плоских или линейчатых поверхностей; такие неправильности воспроизводятся далее в копиях образца и массивах таких копий, и, наконец, в матрицах для штамповки, применяемых в промышленном производстве для формирования световозвращающего покрытия (см., например, US 3712706, US 4775219, US 4938563, US 6015214, US 2003/007815 A1 и т.д.). В патенте US 6871966 раскрывается способ внесения вызывающих аберрации геометрических неправильностей в ходе регулируемой постобработки, состоящей в дополнительной обработке второй поверхности (которая не является регулярным массивом) оригинала матрицы для штамповки или с помощью аналогичной регулируемой постобработки копий с оригинала матрицы (этот патент принадлежит правообладателю данного изобретения и в полном объеме включается сюда посредством ссылки).
Раскрытие изобретения
Данное изобретение предлагает световозвращающее покрытие, обеспечивающее расширенный диапазон расхождения света, что достигается, по крайней мере частично, благодаря усиливающему расхождение слою, в котором имеются локальные области, имеющие неправильности, вызывающие аберрации света (далее - "области аберрации"). Изобретение позволяет использовать одни и те же инструментальные средства, подготовка которых является дорогостоящей, для изготовления многих сходных по свойствам световозвращающих слоев, так как появляется возможность для производства обладающих различными диапазонами расхождения световозвращающих покрытий, служащих для различных применений, использовать различные усиливающие расхождение слои. Дополнительно или альтернативно усиливающий расходимость слой может использоваться в сочетании со световозвращающими элементами, имеющими аберрации, благодаря чему степень расхождения света можно довести до уровня, которого, вероятно, нельзя достичь при использовании одних лишь имеющих аберрации световозвращающих элементов.
Более конкретно, данное изобретение предлагает световозвращающее покрытие, включающее световозвращающий слой, в котором сформирован массив световозвращающих элементов (например, имеющих форму уголков кубов, или "микрокубов"), а также усиливающий расхождение слой. Усиливающий расхождение слой находится перед световозвращающим слоем и имеет локальные области аберрации, которые изменяют степень расхождения проходящего через них света. Расположение локальных областей аберрации относительно световозвращающих элементов позволяет получить покрытие, имеющее широкий диапазон расхождения (например, составляющий по крайней мере приблизительно 1° или, предпочтительно, примерно 3° и более).
Усиливающий расхождение слой может включать основу и множество линз, расположенных на основе. Размеры линз могут быть сопоставимыми с размерами световозвращающих элементов; так, если световозвращающие элементы являются микрокубами и/или микрооптическими элементами, то линзы могут представлять собой микролинзы. Возможно, что линзы находятся только в локальных областях, в которых благодаря наличию линз создаются аберрации (в противоположность областям, где линзы отсутствуют). Альтернативно, линзы могут включаться в виде массива (например, двумерного плотно упакованного массива, который покрывает как локальные области аберрации, так и внешние по отношению к ним области. Если линзы включаются в виде такого массива, то линзы в локальных областях аберрации могут характеризоваться другими оптическими параметрами и/или другим пространственным распределением, чем параметры и/или распределение линз вне этих областей, благодаря чему в указанных областях создаются аберрации.
Эти и другие признаки световозвращающего покрытия полностью описаны и особо подчеркнуты в формуле изобретения. В следующем далее описании, сопровождаемом чертежами, подробно описываются некоторые взятые в качестве иллюстраций варианты изобретения, которые указывает лишь на некоторые из возможных способов применения принципов данного изобретения.
Краткое описание чертежей
На фиг.1-6 представлены сечения световозвращающих покрытий, соответствующих данному изобретению.
На фиг.7 представлен вид сзади световозвращающего слоя покрытия; этот слой включает массив световозвращающих элементов.
На фиг.8 представлен вид сзади в крупном масштабе световозвращающего элемента.
На фиг.9 представлен вид спереди одного только усиливающего расхождение слоя, имеющего локальные области аберрации, согласно одному варианту изобретения.
На фиг.10 представлен в крупном масштабе фрагмент сечения усиливающего расхождение слоя, показанного на фиг.9; здесь, вне локальных областей аберрации, линзы полностью отсутствуют.
На фиг.11 представлен в крупном масштабе фрагмент сечения усиливающего расхождение слоя, показанного на фиг.9; здесь, в локальной области аберрации, имеются линзы.
На фиг.12 представлен вид спереди одного только усиливающего расхождение слоя, имеющего локальные области аберрации, согласно другому варианту изобретения.
На фиг.13 представлен в крупном масштабе фрагмент сечения усиливающего расхождение слоя, показанного на фиг.12; здесь показаны линзы, находящиеся вне локальных областей аберрации.
На фиг.14 представлен в крупном масштабе фрагмент сечения усиливающего расхождение слоя, показанного на фиг.12; здесь показаны линзы, находящиеся в локальных областях аберрации, имеющие оптические параметры, отличные от параметров линз, находящихся вне локальных областей аберрации.
На фиг.15 представлен вид спереди одного только усиливающего расхождение слоя, имеющего области аберрации, согласно еще одному варианту изобретения.
На фиг.16 представлен в крупном масштабе фрагмент сечения усиливающего расхождение слоя, показанного на фиг.15; здесь показаны линзы, находящиеся вне локальных областей аберрации.
На фиг.17 представлен в крупном масштабе фрагмент сечения усиливающего расхождение слоя, представленного на фиг.15; здесь показаны линзы, находящиеся в локальных областях аберрации; пространственное распределение линз отличается от распределения линз вне локальных областей аберрации.
Осуществление изобретения
Обратимся к чертежам, начиная с фиг.1-6, на которых показано световозвращающее покрытие 10, соответствующее данному изобретению. Световозвращающее покрытие 10 включает световозвращающий слой 12 и усиливающий расхождение слой 14. Покрытие 10 может применяться в средствах повышения безопасности дорожного движения, которые возвращают свет фар транспортного средства от двумерного световозвращающего массива, образующего некоторый рисунок, в обратном направлении, то есть в направлении водителя. Диапазон углов, при которых поток возвращаемого света для массива данной структуры является достаточно интенсивным, называется диапазоном расхождения света для покрытия 10.
Покрытие 10 может включать другие слои, например цветной слой 16, усиливающий отражение слой 18, несущий слой 20, адгезионный слой 22, и/или легко удаляемый защитный слой 24. Цветной слой 16 обычно представляет собой прозрачный окрашенный слой, придающий некоторый цвет отраженному свету. Усиливающий отражение слой 18 может представлять собой металлизированную пленку, включать частицы кремнезема, или любой другой подходящий отражающий материал. Несущий слой 20 может служить в качестве слоя-заполнителя, находящегося за слоями 12/18 и/или в качестве несущего слоя для адгезионного слоя 22; в качестве материала для этого слоя может быть выбрана бумага, пластик, металл или иной подходящий материал. Адгезионный слой 22 служит для прикрепления к монтажной поверхности изделия; этот слой может содержать контактный или термически активируемый клей. В число слоев может быть включен легко удаляемый слой 24, служащий в качестве защитного покрытия адгезионного слоя 22 при операциях, предшествующих прикреплению; он может представлять собой бумажную или пластиковую пленку с подходящим антиадгезионным покрытием.
Увеличивающий расхождение слой 14 находится перед световозвращающим слоем 12. Например, усиливающий расхождение слой 14 может находиться непосредственно перед световозвращающим слоем 12 (фиг.1-3), и этом случае он может быть прикреплен ламинированием непосредственно к слою 12 (фиг.1), прикреплен к слою 12 обладающим нужными оптическими свойствами клеем 26 (фиг.2) или включен в световозвращающий слой 12 при его формировании. Альтернативно, можно ввести некоторый промежуточный слой (например, цветной слой 16), который может находиться между световозвращающим слоем 12 и усиливающим расхождение слоем 14 (фиг.4-6). В последнем случае усиливающий расхождение слой 14 может быть прикреплен ламинированием непосредственно к промежуточному слою (фиг.4), прикреплен к промежуточному слою оптическим клеем 26 (фиг.5) или включен в промежуточный слой при его формировании (фиг.6).
2
Световозвращающий слой 12 имеет переднюю светопринимающую поверхность 30 и заднюю поверхность 32, на которой сформировано множество световозвращающих элементов 34. Как хорошо видно при рассмотрении также фиг.7 (и фиг.8), световозвращающие элементы 34 могут представлять собой уголки кубов. В этом случае каждый световозвращающий элемент 34 имеет три взаимно перпендикулярных грани 36, пересекающихся в вершине 38 и попарно образующих друг с другом двугранные углы 40 (для геометрически правильных элементов - уголков куба, эти двугранные углы точно равны 90°). Площадь каждого световозвращающего элемента 34, уголка куба, может составлять примерно 1 мм или менее; в таком случае элементы 34 могут быть названы микрокубами (или, более общо, микрооптическими элементами). Световозвращающий слой 12 быть изготовлен из любого подходящего термопластического материала, совместимого с желательными способами производства (например, из акриловых, виниловых, поликарбонатных материалов и т.д.). Как хорошо видно на фиг.9-15, где представлен усиливающий расхождение слой, показанный отдельно от других слоев световозвращающего покрытия 10, этот слой 14 содержит локальные области аберрации 42, которые изменяют степень расхождения света, проходящего через них. Расположение областей 42 и/или свойства, обусловливающие степень расхождения для каждой области 42, могут быть одинаковыми или могут изменяться (например, могут подчиняться некоторому порядку или быть частично иррегулярными). В любом случае такое расположение и/или такие свойства повлекут расширение диапазона расхождения для световозвращающего покрытия 10 по сравнению с вариантами, в которых усиливающий расхождение слой 14 отсутствует. Например, если световозвращающие элементы 34 являются геометрически точными (или почти точными), то оптические свойства световозвращающего слоя 12 позволяют получить диапазон расхождения в пределах примерно от 0° до 0,5°. При наличии усиливающего расхождение слоя 14 интенсивность отраженного света может оказаться достаточной в намного более широком диапазоне углов наблюдения (например, в диапазоне до по крайней мере 1° или, что предпочтительно, до 3° и более). Предпочтительно, чтобы коэффициент световозвращения всего слоя 12 практически не уменьшался (то есть покрытие 10 могло бы все еще иметь коэффициент световозвращения, составляющий по крайней мере 90%, по крайней мере 94% и/или по крайней мере 98% от общего коэффициента световозвращения слоя 12).
В предпочтительном варианте усиливающий расхождение слой 14 включает основу 44 и множество линз 46, расположенных на основе 44. Основа 44 может быть выполнена из прозрачного материала (например, стекла, пластмассы), который мог бы выполнять функцию носителя линз 46 и/или быть совместимым со способом последующего формирования линз 46. Состоящая из линз структура может быть выполнена с помощью механической обработки основы, формирования на ней покрытия химическим способом и последующей экструзии основы 44 или нанесенного на нее покрытия, путем введения стеклянных шариков в основу 44 или ее подслой, дифференциального диспергирования материалов в основу 44 или в нанесенную на нее пленку и/или путем введения в основу 44 растворимых или нерастворимых веществ.
Каждая из линз 46 характеризуется своей геометрической формой (например, полусферической или цилиндрической, вогнутой или выпуклой, и т.д.) и данными оптическими параметрами (например, радиусом кривизны, параметрами конических сечений, фокальными точками, коэффициентами асферичности и т.д.). Если линзы 46 расположены в виде плотного двухмерного массива (см., например, фиг.12 и 15), то этот массив будет обладать некоторыми оптическими параметрами, обусловленными оптическими параметрами всех линз 46 массива и их пространственным распределением. В предпочтительном варианте размеры линз 46 сопоставимы с размерами световозвращающих элементов 34, то есть, если элементы 34 представляют собой микрокубы, то линзы 46 будут представлять собой микролинзы (то есть линзы, характеризуемые диаметром или другими подобными параметрами, значения которых не будут превышать 1 мм).
Возможно, что линзы 46 будут иметься только в локальных областях 42, где, благодаря наличию линз, будут возникать аберрации, - в отличие от тех областей слоя 14, где линзы отсутствуют (фиг.9, 10 и 11). Альтернативно, линзы 46 можно получать в виде массива 48, предпочтительно плотного двухмерного массива, который может пространственно соответствовать (или не соответствовать) массиву 32 световозвращающих элементов 34 (фиг.12 и 15). Если имеется массив линз 46, то линзы 46 в локальных областях 42 могут иметь форму, характеризуемую оптическими параметрами, отличными от параметров линз 46 вне локальных областей 42, благодаря чему в локальных областях будет получена желательная аберрация (фиг.13 и 14). Дополнительно или альтернативно, пространственное распределение линз 46 в локальных областях 42 также может отличаться от пространственного распределения линз 46 вне указанных локальных областей, благодаря чему будет получена желательная аберрация (фиг.16 и 17). Чтобы сделать на чертежах более заметными отличия в форме и пространственном расположении линз, эти отличия, возможно, сильно преувеличены).
Для данного изобретения, разумеется, возможны (и предполагаются) другие типы расположения линз и/или другие способы, которыми обеспечиваются отличия светорассеивающих свойств в локальных областях 42. Например, множество линз 46 можно было бы разместить в виде нескольких слоев, выровненных или смещенных относительно друг друга так, что возникает желательная аберрация. Другие примеры можно получить, если локальным областям 42 придавать различные физические свойства (например, путем введения в эти области веществ, модифицирующих структуру) или различную геометрию (например, варьировать углы наклона нормалей к поверхности, формировать углубления или выпуклости) с целью получения желательных аберраций. Подобные вариации физических свойств и/или формы могут функционально заменить линзы или использоваться в дополнение к линзам.
Данное изобретение позволяет использовать один и тот же световозвращающий слой 12 (и, следовательно, те же инструментальные средства, подготовка которых является дорогостоящей) для изготовления ряда сходных видов световозвращающих слоев 12, предполагая далее применять различные усиливающие расхождение слои 14 при изготовлении готовых покрытий, обладающих различными характеристиками расхождения света и предназначенных для различных применений. Эта особенность изобретения (признак изобретения) может сделать ненужной создание инструментальных средств, предназначенных для внесения аберраций в сами световозвращающие элементы 34. Отметив этот признак, укажем, что возможно также (и предполагается данным изобретением) применение усиливающего расхождение слоя 14 в сочетании со световозвращающими элементами 34, уже имеющими аберрации. Для некоторых применений световозвращающих изделий оптимальный диапазон расхождения может быть достигнут путем сочетания световозвращающих элементов, имеющих аберрации, с локальными областями аберрации 42, находящимися на усиливающем расходимость слое 14. В этих случаях локальные области аберрации 42 могут пространственно совмещаться со световозвращающими элементами, имеющими аберрации, и/или со световозвращающими элементами, не имеющими аберраций, в зависимости от того, какое сочетание обеспечивает желательное расхождение света.
Теперь можно оценить достоинства данного изобретения, которое предлагает световозвращающее покрытие 10, характеризуемое широким диапазоном расхождения света, что обусловлено, по крайней мере частично, наличием усиливающего расхождение слоя 14. Хотя световозвращающее покрытие 10 было описано и проиллюстрировано применительно к некоторым предпочтительным вариантам, очевидно, что специалистам в данной области после чтения и изучения настоящего описания могут представиться другие эквивалентные и очевидные модификации и вариации изобретения. Данное изобретение включает все такие модификации и вариации и ограничено только областью, охватываемой следующей далее формулы изобретения.