РЕТРООТРАЖАТЕЛЬ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В ПРИКЛАДНЫХ ЗАДАЧАХ, СВЯЗАННЫХ С СЕНСОРНЫМИ ЭКРАНАМИ, И В СИСТЕМАХ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ
RETROREFLECTOR FOR USE IN APPLICATIONS ASSOCIATED WITH TOUCH SCREENS AND IN POSITIONING SYSTEMS

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Данная заявка претендует на приоритет и эффект изобретения в соответствии с предварительной заявкой на патент США с регистрационным номером 61/020,921, поданной 14 января 2008 г., и предварительной заявкой на патент США с регистрационным номером 61/080,393, поданной 14 июля 2008 г., содержание которых полностью включено в настоящее описание посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение в целом относится к системе и способу определения положения объекта в пределах сенсорного экрана или системы позиционирования и к используемой для этого ретроотражающей или призматической пленке. Система включает в себя призматическую пленку, содержащую металлизированные ретроотражающие элементы с трехгранными кубическими уголками, которые обеспечивают достаточный фон для контрастирования непрозрачного объекта относительно сенсорного экрана и/или системы позиционирования, при этом призматическая пленка обладает высокой прозрачностью в выбранной части спектра электромагнитных волн для облегчения обнаружения объекта в пределах сенсорного экрана и/или системы позиционирования.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Некоторые системы позиционирования, относящиеся к сенсорным экранам, воспринимают прерывание излучения (например - света) непрозрачным объектом (например, пальцем, стилусом и т.п.). В таких системах обычно используются передатчики излучения для передачи излучения через поле сенсорного экрана параллельно поверхности поля зрения. Приемники излучения используются для обнаружения излучения, которое прошло через поле сенсорного экрана, и восприятия наличия и местоположения любого прерывания этого излучения из-за непрозрачного объекта.
По периметру активного поля сенсорного экрана может быть размещен ретроотражающий листовой материал, как описано в Патенте US 4507557. Ретроотражающий листовой материал обычно расположен так, что он отражает излучение, полученное от источника излучения, обратно к источнику излучения. Характерный ретроотражающий листовой материал обычно содержит слой прозрачной смолы, например - акриловой, поликарбонатной или виниловой, имеющий гладкую переднюю поверхность и содержащий на противоположной поверхности множество ретроотражающих кубических уголковых призм. Свет, падающий на гладкую переднюю поверхность, проходит через пленку, попадает на ретроотражающие элементы и отражается обратно через гладкую переднюю поверхность в направлении, номинально образующем угол, равный 180°, с направлением падения.
Одна из проблем, связанных с применением некоторых стандартных ретроотражающих листовых материалов в прикладных задачах, связанных с сенсорными экранами, и/или в системах позиционирования, состоит в том, что грязь и/или влага могут проникать в эту структуру и оказывать неблагоприятное влияние на ретроотражательную способность ретроотражающего листового материала. Другая проблема, связанная со стандартным ретроотражающим листовым материалом, используемым в прикладных задачах, связанных с сенсорными экранами, и/или в системах позиционирования, состоит в трудности получения однородного фона во всей зоне, представляющей интерес (например, в зоне обнаружения), относительно которой можно контрастировать непрозрачный объект. Многие стандартные ретроотражающие листовые материалы обеспечивают неоднородный фон и содержат участки (особенно в угловых областях), где детектируемый сигнал очень мал. Это затрудняет определение движения непрозрачного объекта в таких областях.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
С учетом вышеизложенного существует потребность в такой конструкции ретроотражающего листового материала, который обеспечивал бы улучшенные оптические и механические эксплуатационные характеристики металлизированного листового материала.
Один из аспектов настоящего изобретения относится к системе сенсорного экрана, содержащей: по меньшей мере один источник электромагнитного излучения для подачи электромагнитного излучения по меньшей мере на часть поля зрения и камеру, расположенную так, чтобы она принимала электромагнитное излучение, отраженное от призматической пленки, размещенной по периферии по меньшей мере части поля зрения, причем призматическая пленка содержит множество ретроотражающих элементов, обладающих трехгранными кубическими уголками, с углом наклона в диапазоне примерно от 4 градусов в направлении, более параллельном грани, до 18 градусов в направлении, более параллельном ребру, и с глубиной кубического уголкового элемента в диапазоне от 0,002 до 0,008 дюйма (50,8 до 203,2 мкм).
Другой аспект настоящего изобретения относится к призматической пленке, содержащей: ретроотражающую основу, содержащую множество ретроотражающих элементов с трехгранными кубическими уголками, и первую основу, расположенную по меньшей мере на части ретроотражающей основы, причем эта первая основа имеет гладкую наружную поверхность.
Следующий аспект настоящего изобретения относится к отражающей пленке, содержащей: несоставную ретроотражающую основу, содержащую множество ретроотражающих элементов, имеющих трехгранные кубические уголки, с углом наклона в диапазоне примерно от 4 до 18 градусов в направлении, более параллельном ребру, и с глубиной кубического уголкового элемента в диапазоне от 0,002 до 0,008 дюйма (50,8 до 203,2 мкм), или с углом наклона в диапазоне примерно от 5,5 до 22 градусов в направлении, более параллельном ребру, и с глубиной кубического уголкового элемента в диапазоне от 0,0005 до 0,004 дюйма (12,7 до 101,6 мкм), или с углом наклона в диапазоне примерно от 8 до 35 градусов в направлении, более параллельном грани, и с глубиной кубического уголкового элемента в диапазоне от 0,001 до 0,012 дюйма.
Следующий аспект настоящего изобретения относится к пленке, отражающей инфракрасное излучение и содержащей: призматическую пленку, содержащую множество ретроотражающих элементов, имеющих трехгранные кубические уголки, с углом наклона в диапазоне примерно от 4 до 18 градусов в направлении, более параллельном ребру, и с глубиной кубического уголкового элемента, выбранной в зависимости от размеров экрана, в котором используется эта пленка.
Вышеуказанные и другие отличительные признаки изобретения будут более подробно описаны ниже и специально отмечены в формуле изобретения; в приведенном ниже описании более подробно описаны некоторые иллюстративные формы осуществления настоящего изобретения, однако они иллюстрируют лишь несколько из различных способов осуществления принципов настоящего изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Эти и другие отличительные признаки настоящего изобретения станут очевидными на основании приведенных ниже описания и фигур чертежей, где:
Фиг.1 является схематическим изображением системы сенсорного экрана согласно аспектам настоящего изобретения.
Фиг.2 является видом в поперечном разрезе системы сенсорного экрана согласно настоящему изобретению, изображенной на Фиг.1.
Фиг.3 и 4 являются изображениями поперечных сечений примеров осуществления призматической пленки согласно настоящему изобретению.
Фиг.5 является видом сверху призматической пленки с массивом наклонных кубических уголковых ретроотражающих элементов, изображенной на Фиг.3 и Фиг.4.
Фиг.6 является видом сверху характерной ретроотражающей структуры, содержащей наклонные кубические уголковые ретроотражающие элементы, согласно различным аспектам настоящего изобретения.
Фиг.7 является видом сверху призматической пленки с двумя массивами наклонных кубических уголковых ретроотражающих элементов, изображенных на Фиг.6, где кубические уголковые ретроотражающие элементы в массивах повернуты на 90 градусов относительно друг друга.
Фиг.8 является видом сверху несоставной призматической пленки с наклонными кубическими уголковыми элементами, изображенной на Фиг.6.
Фиг.9 является поперечным сечением Фиг.5, выполненным по линии 9-9.
Фиг.10 является характерным графиком сигнала с камеры при использовании различных трехгранных кубических уголковых элементов согласно аспектам настоящего изобретения.
Фиг.11-18 являются характерным графиками минимального сигнала/диапазона как функции угла наклона (в градусах) и глубины кубического уголкового элемента (в милах) согласно аспектам настоящего изобретения.
Фиг.19 является примером сравнения призматической пленки согласно настоящему изобретению и стандартного пленочного материала.
СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В последующем подробном описании изобретения соответствующим компонентам были присвоены одинаковые цифровые обозначения, независимо от того что они показаны в различных формах осуществления настоящего изобретения. Для того чтобы ясно и кратко проиллюстрировать настоящее изобретение, рисунки необязательно могут быть в масштабе, и некоторые характеристики могут быть изображены в схематической форме.
Для целей данной работы некоторые термины использованы в конкретном смысле, определенном в данной работе, а другие термины соответствуют принятой в промышленности практике, например - действующие определения ASTM (Американского общества специалистов по испытаниям и материалам).
Термин «кубические уголковые элементы» (а также «кубические уголковые призмы», или «кубические уголки», или «кубические уголковые ретроотражающие элементы») при использовании в данной работе охватывает элементы, состоящие из трех взаимно пересекающихся граней, двугранные углы которых обычно составляют примерно 90 градусов, но необязательно точно равны 90 градусам.
Термин «кубическая форма» при использовании в данной работе означает двумерную геометрическую фигуру, ограниченную проекцией периметра куба в направлении основного преломленного луча. Например, трехгранный кубический элемент имеет кубическую форму, которая является треугольником.
Термин «ретроотражающая основа» при использовании в данной работе означает толщу материала, содержащего массив «мужских» или «женских» кубических уголковых элементов, сформированных на второй поверхности материала. Первая поверхность может быть плоской или может быть немного неровной, причем картина неровностей соответствует массиву кубических уголковых элементов на задней поверхности. В случае «мужских» кубических уголковых элементов выражение «толщина основы» означает толщину материала, на котором расположены кубические уголковые элементы В случае «женских» кубических уголковых элементов выражение «толщина ретроотражающей основы» означает общую толщину материала, в котором образуют полости «женские» кубические уголковые элементы.
Термин «кубическая ось» при использовании в данной работе означает центральную ось, которая является трисектором внутреннего пространства, ограниченного тремя взаимно пересекающимися гранями кубического уголкового элемента. Термин «наклонный кубический уголковый элемент» при использовании в данной работе означает кубический уголковый элемент, ось которого не является нормальной (перпендикулярной) к поверхности листового материала. Угол наклона измеряют как угол между осью куба и нормалью к поверхности листового материала. Следует отметить, что, если имеется наклон, то вид сверху, перпендикулярно к поверхности листового материала, показывает, что не все плоские углы при вершине трехгранного угла равны 120 градусам.
Термины «наклон, более параллельный грани» (или «наклон в направлении, более параллельном грани») и «наклон, более параллельный ребру» при использовании в данной работе относятся к положению куба относительно основного преломленного луча. Если не все углы между гранями куба и главным преломленным лучом равны 35,26°, то куб является «более параллельным грани» или «более параллельным ребру», в зависимости от того, является ли угол, образованный гранью с основным преломленным лучом, который наиболее отличается от 35,26°, больше или меньше 35,26°, соответственно. В случае листовых материалов или других ретроотражателей, у которых основной преломленный луч номинально перпендикулярен передней поверхности ретроотражателя, у кубов, более параллельных грани, выбранная грань куба также будет более параллельна передней поверхности рефлектора, чем любая грань ненаклонного куба.
Характерная система 100 позиционирования в соответствии с аспектами настоящего изобретения проиллюстрирована на Фиг.1. Фиг.1 иллюстрирует вид сверху дисплея 102 (например, компьютерного дисплея, дисплея сенсорного экрана и т.п.), имеющего область экрана или поле зрения 104, окруженное приподнятой рамкой или бордюром 106. Несмотря на то, что система позиционирования 100 изображена в контексте компьютерного дисплея, она может быть использована в любом типе оптической системы позиционирования. Внутренняя поверхность бордюра 106, которая обычно по существу перпендикулярна полю 104 зрения экрана дисплея 102, снабжена призматической пленкой (которую в данной работе также называют ретроотражающей пленкой 108). Призматическая пленка 108, более подробно обсуждаемая ниже, обеспечивает ретроотражающую поверхность вокруг по меньшей мере части поля зрения 104 (которое в данной работе также обозначают как поле обнаружения). Это значит, что призматическая пленка 108 обеспечивает поверхность, которая отражает излучение от исходного источника излучения обратно к исходному источнику излучения. Композиция призматической пленки 108 может быть нанесена непосредственно на рамку 106 с использованием связующего (клеящего вещества) или других крепежных средств, или она может быть вначале изготовлена в форме клейкой ленты, которую затем приклеивают к внутренней поверхности бордюра 106. Может быть желательным такое расположение призматической пленки, чтобы плоскость максимального угла освещения, связанного с призматической пленкой, была по существу параллельна полю зрения, полю обнаружения и/или дисплею для оптимизации возможного обнаружения объекта в области, представляющей интерес.
Система 100 позиционирования, изображенная на Фиг.1, также включает два источника 110, 112 излучения. Источники 110, 112 излучения предпочтительно являются точечными источниками (или по существу точечными источниками). Первый источник 110 может быть размещен на одном углу поля 104 зрения, а второй источник 112 может быть размещен на другом углу поля 104 зрения. В предпочтительной форме осуществления настоящего изобретения первый источник 110 излучения и второй источник 112 излучения имеют общую сторону 114. Как показано на Фиг.1, сторона 114 может быть не снабжена призматической пленкой 108, которая предусмотрена на трех других сторонах дисплея 102. Специалист в данной области техники легко сможет представить себе, что точное расположение источников излучения может варьироваться в зависимости от разнообразных особенностей конструкции, включая окружающую среду, применение и т.п.Сходным образом, специалист в данной области техники поймет, что весь периметр поля зрения может быть окружен призматической пленкой 108.
Источники 110, 112 излучения совместно освещают все поле 104 зрения излучением, которое распространяется в направлении, параллельном плоскости поля 104 зрения. Источники излучения могут обеспечивать любой желаемый спектр электромагнитного излучения. Это значит, что можно выбрать источники излучения, работающие в любом желаемом диапазоне частот или на любой желаемой длине волны. Например, источники могут быть источниками инфракрасного излучения, радиочастотного излучения, излучения в видимом диапазоне, светодиодами (LED), лазерами и т.д. В предпочтительной форме осуществления настоящего изобретения источники 110, 112 являются светодиодами, излучающими инфракрасное излучение.
Призматическая пленка 108, расположенная по периметру поля зрения, отражает инфракрасное излучение назад к соответствующим исходным источникам, как показано стрелками внутри поля зрения. Так, например, луч инфракрасного излучения, выходящий из точечного источника 110, идет наружу к боковой поверхности экрана дисплея и возвращается к точечному источнику 110, как показано на Фиг.1. Как более подробно обсуждается ниже, электромагнитное излучение отражается обратно по направлению к его источнику призматической пленкой 108.
Как более подробно обсуждается ниже, призматическая пленка 108 содержит ретроотражающую пленку, состоящую из нескольких слоев, причем один из слоев содержит множество трехгранных кубических уголковых ретроотражающих элементов, которые отражают падающее излучение. Один или более других слоев, которые включает в себя призматическая пленка 108, обеспечивают пропускание большей части инфракрасного излучения (например, двухпроходное пропускание составляет от примерно 74% до примерно 100%) и по существу не пропускает видимый свет, что придает пленке темный вид. Эти аспекты настоящего изобретения будут дополнительно обсуждены ниже.
В ходе эксплуатации характерная система 100 позиционирования обеспечивает обнаружение присутствия и положения объекта 109 в границах рамки 106. Если принять, что излучение испускается источниками 110, 112 (например, инфракрасными светодиодами), расположенными в разных углах, имеющих общую сторону, то излучение идет наружу и отражается обратно в соответствующие линзы 115, 116, расположенные над точечными источниками 110, 112 излучения, соответственно. Линзы 115, 116 служат оптическими диафрагмами для отображения электромагнитного излучения, испущенного точечными источниками и принятого камерами 117, 118, соответственно. Линзы могут быть размещены на любом расстоянии от источника. Предпочтительно расстояние меньше 10 мм. Более предпочтительно расстояние составляет от 1,0 мм до 1,5 мм.
Камеры 117, 118 могут быть камерами линейного сканирования и/или камерами зонального сканирования. Камеры 117, 118 обычно содержат устройство захвата изображений в форме датчика на основе прибора с зарядовой связью (CCD, от англ. "charged coupled device"), который образован совокупностью фоточувствительных элементов (например, пикселей). Камера линейного сканирования обычно сканирует изображение по одной линии пикселей. Камера зонального сканирования, как обычная камера, содержит датчик пикселей на основе прибора с зарядовой связью (CCD) (обычно прямоугольной формы), который генерирует двумерные кадры, соответствующие длине и ширине полученного изображения.
В процессе работы отраженное излучение проходит через соответствующие линзы (например, линзу 115 или линзу 116, в зависимости от положения источника излучения) и формирует изображение объекта, обнаруженного CCD-датчиком. Световая энергия преобразуется в видеоимпульсный сигнал и затем выводится. CCD-датчик преобразует обнаруженное излучение в электрический сигнал в матрице светодиодов и выводит измеренный сигнал. Единственную линию сканирования камеры линейного сканирования обычно можно считать одномерной картой яркости, связанной с каждой отдельной точкой наблюдаемой линии. Линейное сканирование генерирует линию, отображая по оси Y яркость каждой точки, заданную в уровнях серого (например, в уровнях от 0 до 255 для 8-битового CCD-датчика или от 0 до 1023 для 10-битового CCD-датчика). Выходные сигналы камер 117, 118 могут быть обработаны блоком управления 119 (как показано на Фиг.1), который генерирует выходные сигналы, указывающие положение объекта 109 в координатах X и Y. Специалист в данной области техники легко поймет, что скан, полученный с камеры зонального сканирования, будет генерировать двумерную карту яркости, относящуюся ко всем точкам наблюдаемой зоны.
1
2
Работу системы 100 позиционирования можно лучше понять со ссылкой на Фиг.1 и 2. Фиг.2 является иллюстрацией поперечного сечения соответствующих компонентов Фиг.1. Как можно видеть из Фиг.1 и 2, инфракрасное излучение, излучаемое источником 110 излучения, излучается в поле 104 зрения. Поле зрения содержит призматическую пленку 108 вдоль двух сторон бордюра 106, куда направлен источник 110 излучения. Инфракрасное излучение, излучаемое источником 110 излучения, отражается назад к камере 117 линейного сканирования призматической пленкой 108. Инфракрасное излучение проходит через линзу 115 к камере 117 линейного сканирования. Камера линейного сканирования генерирует соответствующее линейное изображение, имеющее оцифрованное значение яркости, которое зависит от разрешения камеры линейного сканирования, в различных точках вдоль линии сканнера. Для любого положения в изображении линии, которое не получает излучения, генерируется логическое значение 0. Например, если непрозрачный объект 109, такой как стилус или палец человека, попадает в поле зрения, то тень отбрасывается на линзу и на соответствующую камеру линейного сканирования, что приводит к тому, что камера линейного сканирования обнаруживает очень слабый заряд или вообще не обнаруживает заряда в конкретном пикселе или в зоне пикселей. В тех положениях, где обнаружено излучение, это излучение разряжает соответствующий CCD-датчик, связанный с камерой линейного сканирования, который генерирует значительно более высокий уровень сигнала, зависящий от разрешения камеры линейного сканирования. Если предусмотрена комбинация двух источников излучения и двух камер линейного сканирования, как показано на Фиг.1, то положение объекта 109 в координатах X и Y может быть определено посредством «триангуляции». В этом случае измеряются два угла θ и θ, и рассчитываются координаты X и Y на основании значений этих двух углов и расстояния «D» между двумя точками измерения, как показано на Фиг.1.
Далее будет рассмотрена призматическая пленка 108 (также называемая в данной работе ретроотражающей пленкой). Если обратиться к Фиг.3, то на ней изображена характерная призматическая пленка 108, соответствующая аспектам настоящего изобретения, в поперечном сечении. Призматическая пленка 108 содержит первую основу 120, имеющую первую поверхность 122 и вторую поверхность 124. Первая поверхность 122 (также называемая передней поверхностью) призматической пленки 108 обычно является плоской (и в характерном случае - гладкой). Вторая поверхность 124 также обычно является плоской, и она прикреплена ко второй основе 126.
Вторая основа 126 имеет первую поверхность 128 и вторую поверхность 130. Как показано на Фиг.3, первая поверхность 128 второй основы 126 обычно является плоской (и в характерном случае - гладкой), и обычно она соприкасается со второй поверхностью 124 первой основы 120. Вторая поверхность 130 второй основы 126 также обычно является плоской, и она прикреплена к ретроотражающей основе 132.
Первая и вторая основы 120, 126 могут состоять из материала, например - из полимера, имеющего высокий модуль упругости. Полимер может быть выбран из широкого спектра полимеров, включая, но не ограничиваясь этим, поликарбонаты, полиэстеры, полистиролы, полиакрилаты, сополимеры стирола и акрилонитрила, уретаны, сложные эфиры акриловой кислоты, сложные эфиры целлюлозы, этиленово-ненасыщенные нитриты, твердые эпоксиакрилаты, акриловые полимеры и т.п.; предпочтительны акриловые и поликарбонатные полимеры. Предпочтительно, первая и вторая основы окрашены и/или содержат краситель, равномерно распределенный по всей поверхности первой и второй основ. В одной из форм осуществления настоящего изобретения первая основа 120 содержит распределенный в ней красный краситель, а вторая основа 126 содержит распределенный в ней синий краситель. В другой форме осуществления настоящего изобретения первая основа 120 содержит распределенный в ней синий краситель, а вторая основа 126 содержит распределенный в ней красный краситель. Как первая, так и вторая основы 120, 126 содержат равномерно распределенные в них красители. Специалист в данной области техники легко поймет, что аспекты настоящего изобретения включают в себя использование любого желаемого цвета или комбинации цветов для достижения желаемой функциональности, эстетичного внешнего вида и т.п., обсуждаемых в данной работе. Например, основы 120, 126 могут содержать распределенные в них различные цветные красители.
Основы предпочтительно выбирают так, чтобы они обладали высокой прозрачностью в инфракрасном диапазоне длин волн и были непрозрачными в видимом диапазоне длин волн, что придает им по существу черный внешний вид. Черный фон, обеспечиваемый пленкой, предпочтительно делают настолько ярким и равномерным, насколько это разумно, чтобы обеспечить обнаружение объекта в поле призматической пленки 108 (например, в поле обнаружения).
Ретроотражающая основа 132 имеет первую поверхность 134 и вторую поверхность 136. Как показано на Фиг.3, первая поверхность 134 обычно является плоской (и в характерном случае - гладкой), и обычно она соприкасается со второй поверхностью 130 второй основы 126. Вторая поверхность 136 содержит или иным образом ограничивает множество ретроотражающих кубических уголковых элементов 140, и она может соприкасаться со связующим (клеящим веществом) 143 для использования в прикладных задачах. Ретроотражающая основа 132, содержащая сформированные в ней кубические уголковые элементы 140, может состоять из прозрачного пластика, например - из полимера, имеющего высокий модуль упругости. Полимер может быть выбран из широкого спектра полимеров, включая, но не ограничиваясь этим, поликарбонаты, сложные полиэфиры, полистиролы, полиакрилаты, сополимеры стирола и акрилонитрила, уретаны, сложные эфиры акриловой кислоты, сложные эфиры целлюлозы, этиленово-ненасыщенные нитриты, твердые эпоксиакрилаты, акриловые полимеры и т.п., причем предпочтительны акриловые и поликарбонатные полимеры.
В другой форме осуществления настоящего изобретения, проиллюстрированной на Фиг.4, первая и вторая основы 120, 126 могут быть заменены одной основой 150. Основа 150 содержит однослойную окрашенную пленку для поглощения видимого света с передней поверхностью 152 и противоположной задней поверхностью 154. Задняя поверхность 154 соприкасается с ретроотражающей основой 132, как обсуждалось выше в связи со второй основой. Передняя поверхность 152 обычно является гладкой. В одной из форм осуществления настоящего изобретения основа 150 окрашена в черный цвет. Преимущества, связанные с одинарным слоем красителя, состоят в том, что вся структура пленки становится тоньше, и повышается равномерность проникновения света через одинарный слой красителя 150.
В одной из предпочтительных форм осуществления настоящего изобретения ретроотражающая основа 132, включающая сформированные в ней кубические уголковые элементы, изготовлена из акрила, например - из акрилового материала, имеющего показатель преломления около 1,49. Естественно, что можно использовать и другие подходящие материалы, имеющие больший или меньший показатель преломления, без отклонения от объема настоящего изобретения. Кубические уголковые элементы могут быть сформированы внутри основы или в виде интегральной части основы с использованием, например, любых способов, описанных в принадлежащих заявителю по настоящей заявке патентах US 6015214 и US 6767102, содержание которых полностью включено в данную работу посредством ссылки.
Как более подробно описано ниже, показатель преломления основы, размер и угол наклона кубических уголковых элементов можно выбрать такими, чтобы обеспечить желаемый уровень ретроотражения и его равномерность. Несмотря на то, что настоящее изобретение описано со ссылкой на кубические уголковые элементы, которые сформированы в качестве интегральной части основы, следует понимать, что настоящее изобретение применимо и к кубическим уголковым элементам, которые сформированы отдельно от основы (например, посредством литья или формования) и приклеены к основе.
Множество кубических уголковых элементов 140 металлизировано 142 с использованием подходящего металла, например - алюминия, серебра, никеля, золота и т.п. Такая металлизация может быть осуществлена посредством осаждения (например, напыления или вакуумного осаждения) металлической пленки на поверхность кубических уголковых элементов. Сторона основы с металлизированными кубическими уголковыми элементами может быть покрыта или другим способом залита связующим (клеящим веществом) 143 (с получением, например, изделия, сходного с клейкой лентой). Металлизация кубических уголковых элементов обеспечивает возможность очистки дисплея или придает ему невосприимчивость к загрязнениям и/или влаге, которые могут оказывать вредные воздействия на ретроотражательную способность ретроотражающей пленки 108.
Если теперь обратиться к Фиг.5-9 и продолжить рассмотрение Фиг.3, то видно, что ретроотражающая пленка 108 содержит множество отдельных кубических уголковых элементов 140 (Фиг.3), которые размещены или иным образом сформированы так, как выглядит массив 200 (Фиг.5). Каждый кубический уголковый элемент 140 образован тремя взаимно перпендикулярными (или по существу перпендикулярными) гранями 202, которые встречаются на вершине 204. Взаимно перпендикулярные грани пересекают друг друга с образованием двугранных ребер 206. Углы при двугранных ребрах 206, то есть между взаимно пересекающимися гранями 202, обычно называют двугранными углами. В геометрически идеальном кубическом уголковом элементе каждый из трех двугранных углов составляет ровно 90 градусов. Однако следует понимать, что один или более двугранных углов могут немного отличаться от 90 градусов в связи с неточностью производства или выбором конструкции.
Как изображено на Фиг.6, каждый кубический уголковый элемент 140 имеет трехгранную кубическую форму с тремя ребрами основания 210. В одной из форм осуществления настоящего изобретения каждый кубический уголковый элемент 140 имеет кубическую форму равнобедренного треугольника, где два из ребер основания (например, ребра основания, имеющие длины «a» и «b») имеют примерно одинаковую длину. Альтернативно, один или более кубических уголковых элементов 140 могут иметь кубическую форму неравнобедренного треугольника.
Поскольку ребра основания 210 кубического уголкового элемента 140 являются линейными и находятся в одной плоскости, то матрица уголковых элементов определяется пересекающимися наборами бороздок. Как видно из Фиг.5, каждый кубический уголковый элемент 140 ограничен тремя V-образными бороздками 212, 214, 216, каждая из которых является представителем трех наборов бороздок, которые пересекают матрицу 200, образуя рисунок пересечений, с получением согласованных пар кубических уголковых элементов. Обычно все три набора бороздок прорезаны на одинаковую глубину, но один или более наборов бороздок могут быть смещены по вертикали (то есть прорезаны менее или более глубоко по сравнению с остальными). Также один из наборов бороздок может быть смещен по горизонтали, что приведет к отличию кубической формы от треугольной. Такие кубические элементы могут по-прежнему считаться трехгранными кубическими уголковыми элементами, и они входят в объем настоящего изобретения. В форме изобретения, проиллюстрированной на Фиг.6, половина угла раскрытия бороздки между прилежащими к граням сторонами «a» и «b» составляет примерно 38,5 градусов (например, 38,5211 градусов), тогда как для прилежащей к грани стороны «c» половина угла раскрытия бороздки составляет примерно 28,3 градусов (например, 28,2639 градусов).
Массив 200 (изображенный на Фиг.7) может быть повторен несколько раз (например, в виде примерно квадратных пластин желаемого размера) с получением элементов массива. На Фиг.7 изображен вид сверху призматической пленки 108, в которой несколько массивов кубических уголковых элементов повернуты вокруг нормали к листовому материалу на 90 градусов. Например, изображенный листовой материал 108 содержит первый массив 200 и второй массив 201, которые соединены друг с другом с получением единого ретроотражающего листового изделия. Второй массив 201 содержит кубические уголковые элементы, повернутые на 90 градусов относительно кубических уголковых элементов первого массива 200. Призматическая пленка может также иметь линейную организацию, как показано на Фиг.8. Следует понимать, что ретроотражающий листовой материал может содержать несколько массивов или пластин с кубическими уголковыми элементами, соединенных вместе, причем каждый массив (или пластина) может быть повернут на определенный угол относительно других массивов (например, один массив с относительной ориентацией кубических уголковых элементов, составляющей 0 градусов, другой массив с относительной ориентацией кубических уголковых элементов, составляющей 90 градусов, следующий массив с относительной ориентацией кубических уголковых элементов, составляющей 180 градусов, и следующий массив с относительной ориентацией кубических уголковых элементов, составляющей 270 градусов). Листовой материал, состоящий из нескольких пластин, имеющих различные ориентации кубических уголковых элементов, называют составным листовым материалом. Листовой материал, состоящий из одной пластины или из нескольких пластин, имеющих одинаковую ориентацию кубических уголковых элементов, называют несоставным листовым материалом.
В призматических пленках кубический уголковый элемент обычно используют совместно с по меньшей мере одним другим кубическим уголковым элементом в качестве части сопряженной пары, и обычно используют массив таких элементов. Такие массивы изображены на Фиг.5-8, и такая сопряженная пара изображена в поперечном сечении на Фиг.9.
Кубические уголковые элементы, изображенные на Фиг.6 и Фиг.8 и воспроизведенные в массивах на Фиг.5, 6 и 7, имеют наклон в направлении, более параллельном ребру, примерно на 7 градусов. В этой характерной форме осуществления настоящего изобретения каждый кубический уголковый элемент имеет высоту около 101 микрометра (примерно 0,004 дюйма или примерно 4 мила).
Как обсуждалось выше, один из аспектов настоящего изобретения направлен на создание ретроотражающей пленки, имеющей высокий уровень яркости. Соответственно, для этой цели используют высокоотражающий призматический листовой материал. Однако при выборе призматического листового материала существует потенциальная возможность компромисса с необходимостью равномерности. Геометрия характерного дисплея сенсорного экрана такова, что углы падения варьируются от 0 до 60 градусов. Специалист в данной области техники легко сможет понять, что это очень широкий диапазон, в пределах которого нужно сохранить равномерную яркость за счет призматического листового материала. Поскольку углы наблюдения также варьируются, то необходимо уделять особое внимание выбору геометрии и размеров кубических элементов для достижения сочетания высокой яркости и хорошей равномерности.
В прикладных задачах, связанных с призматическим листовым материалом, чаще всего используют трехгранные кубические уголковые призмы, поскольку их можно непосредственно получить машинным способом внутри основы с помощью стандартной техники штрихования или алмазного точения. Разработан алгоритм моделирования яркости и равномерности сигнала как функции геометрии и размера равнобедренных трехгранных кубических уголковых элементов, вырезанных с одинаковыми глубинами бороздок. Для таких кубических уголковых элементов геометрия и размер полностью определяются двумя параметрами: углом наклона кубического элемента и глубиной кубического элемента. Специалист в данной области техники легко поймет, что возможны другие типы трехгранных кубических уголковых элементов, включая, например, неравносторонние треугольники и двухуровневое или трехуровневое прорезание наборов бороздок. В этих случаях яркость и равномерность сигнала определяют не сами по себе наклон куба/высота куба, а, скорее, размер активной апертуры для каждого направления падающего луча.
На Фиг.10 представлены характерные графики, иллюстрирующие четыре различных смоделированных сигнала камеры для различных конструкций трехгранных кубических уголковых элементов. Основными параметрами, представляющими интерес для каждого сигнала, являются: 1) минимальное значение сигнала для всех углов обзора камеры, которое является мерой яркости; и 2) максимальное значение сигнала, деленное на минимальное значение сигнала (например, диапазон сигнала), что является мерой равномерности. Как показано на Фиг.10, для четырех сигналов представлены графики зависимости относительного сигнала от угла обзора камеры. Сигнал 302 иллюстрирует репрезентативный сигнал при глубине куба, равной 1 милу (0,001''), и при угле наклона куба, равном 0 градусов. Сигнал 304 иллюстрирует репрезентативный сигнал при глубине куба, равной 1 милу (0,001''), и при угле наклона куба, равном 8 градусам. Сигнал 306 иллюстрирует репрезентативный сигнал при глубине куба, равной 4 милам (0,004''), и при угле наклона куба, равном 0 градусов. Сигнал 308 иллюстрирует репрезентативный сигнал при глубине куба, равной 4 милам (0,004''), и при угле наклона куба, равном 8 градусам. Как показано на Фиг.10, резкое падение величины относительного сигнала происходит у всех сигналов при угле обзора, примерно равном 32 градусам, что обусловлено переходом угла обзора с одной стороны сенсорного экрана на задний край сенсорного экрана, поскольку обзор смещается со среднего угла освещения на большой угол освещения.
Для того чтобы понять влияние конструкции кубического уголкового элемента на эти параметры, представляющие интерес (например, на равномерность и яркость), были построены графики минимального значения/диапазона сигнала как функции наклона куба и глубины куба, показанные на Фиг.11-14 и 15-18. Фиг.11-14 представляют собой графики минимального значения/диапазона сигнала как функции угла наклона кубического элемента и глубины кубического элемента. На этих графиках наклон, более параллельный грани, можно отличить от наклона, более параллельного ребру, с использованием правила знаков. Наклон, более параллельный грани, отображается как отрицательный. Наклон, более параллельный ребру, отображается как положительный. Графики построены для дисплеев, имеющих размеры, равные 17 дюймам (Фиг.11), 19 дюймам (Фиг.12), 22 дюймам (Фиг.13) и 30 дюймам (Фиг.14), причем расстояние между источником излучения и камерой равно 1,0 мм. При этом обнаруживаются три области с улучшенными рабочими характеристиками.
Одна область, обозначенная как Область I, содержит большие отрицательные углы наклона (как показано в нижних областях Фиг.11-14). Эта область обнаруживает оптимизированные характеристики в диапазоне углов наклона примерно от -8,0° до -34° и в диапазоне глубин кубических элементов примерно от 1,0 до более чем 12,0 милов (от 0,001'' до 0,012'') в зависимости от размера экрана. Например, Фиг.11 иллюстрирует оптимизированные рабочие характеристики при угле наклона в диапазоне примерно от -8,0 до -34 градусов и при глубине кубических элементов в диапазоне примерно от 1 до 9,5 мил (от 0,001'' до 0,0095''). Фиг.12 иллюстрирует оптимизированные рабочие характеристики при угле наклона в диапазоне примерно от -9,0 до -34 градусов и при глубине кубических элементов в диапазоне примерно от 1 до 10,5 мил (от 0,0015'' до 0,0105''). Фиг.13 иллюстрирует оптимизированные рабочие характеристики при угле наклона в диапазоне примерно от -9,5 до -33 градусов и при глубине кубических элементов в диапазоне примерно от 1,5 до 12 мил (от 0,0015'' до 0,012''). Фиг.14 иллюстрирует оптимизированные рабочие характеристики при угле наклона в диапазоне от примерно -10 до примерно -30 градусов и при глубине кубических элементов в диапазоне примерно от 3 до 12,0 мил (от 0,003'' до 0,012''). Таким образом, для этой области была обнаружена взаимосвязь между глубиной кубических элементов и размером дисплея.
Другая область (Область II) включает в себя преимущественно положительные углы наклона, но большие глубины кубических элементов (как показано в верхних правых областях Фиг.11-14), которые обычно трудно получить из-за сложностей, связанных с репликацией и гибкостью.
Третья область (Область III, обычно находящаяся в верхних левых областях Фиг.11-14) демонстрирует оптимизированные рабочие характеристики при угле наклона в диапазоне примерно от -2 до +22 градусов и при глубине кубических элементов в диапазоне примерно от 0,5 до 9,5 мил (0,0005'' до 0,0095''). Например, Фиг.11 иллюстрирует оптимизированные рабочие характеристики при угле наклона в диапазоне примерно от -2 до +22 градусов и при глубине кубических элементов в диапазоне примерно от 0,5 до 6,5 мил (от 0,0005'' до 0,0065''). Фиг.12 иллюстрирует оптимизированные рабочие характеристики при угле наклона в диапазоне примерно от -2 до +20 градусов и при глубине кубических элементов в диапазоне примерно от 1,0 до 6,5 мил (от 0,001'' до 0,0065''). Фиг.13 иллюстрирует оптимизированные рабочие характеристики при угле наклона в диапазоне примерно от -2 до +20 градусов и при глубине кубических элементов в диапазоне примерно от 1,0 до 7,5 мил (от 0,001'' до 0,0075''). Фиг.14 иллюстрирует оптимизированные рабочие характеристики при угле наклона в диапазоне от примерно -0 до примерно +20 градусов и при глубине кубических элементов в диапазоне примерно от 2 до 9,5 мил (от 0,002'' до 0,0095''). Таким образом, в этой области была также обнаружена взаимосвязь между глубиной кубических элементов и размером дисплея. Например, глубина кубических элементов, необходимая для улучшения рабочих характеристик, увеличивается с увеличением размера дисплея. Соответственно, оптимальную глубину кубических элементов можно определить путем умножения постоянной (K) на размер экрана. Для определения константы К может потребоваться учесть форматное соотношение дисплея. Как показано на Фиг.11-14, форматное соотношение для всех дисплеев равно 16/10.
Сходным образом, Фиг.15-18 представляют собой графики минимального значения/диапазона сигнала как функции угла наклона кубических элементов и глубины кубических элементов для дисплеев, имеющих размер, равный 17 дюймам (Фиг.15), 19 дюймам (Фиг.16), 22 дюймам (Фиг.17) и 30 дюймам (Фиг.18). Расстояние между источником излучения и камерой равно 1,5 мм, в отличие от 1,0 мм на Фиг.11-14. Фиг.15-18 обычно содержат такие же области (Области I, II, III), которые обсуждались выше в связи с Фиг.11-14. Оптимальная глубина кубических элементов сдвинута влево (то есть, в сторону меньшей глубины кубических элементов), а диапазон является более узким для обеих областей, представляющих интерес. Например, в области отрицательных углов наклона (Область I) оптимизированные рабочие характеристики соответствуют диапазону примерно от -9 до -34 градусов для угла наклона и примерно от 0,5 до 11,0 мил (от 0,005'' до 0,011'') для глубины кубических элементов. Фиг.15 иллюстрирует оптимизированные рабочие характеристики при угле наклона в диапазоне примерно от -9 до -34 градусов и при глубине кубических элементов в диапазоне примерно от 0,5 до 6,5 мил (от 0,0005'' до 0,0065''). Фиг.16 иллюстрирует оптимизированные рабочие характеристики при угле наклона в диапазоне примерно от -9,5 до -34 градусов и при глубине кубических элементов в диапазоне примерно от 1,0 до 7,0 мил (от 0,001'' до 0,007''). Фиг.17 иллюстрирует оптимизированные рабочие характеристики при угле наклона в диапазоне примерно от -10 до -32 градусов и при глубине кубических элементов в диапазоне примерно от 1,0 до 8,0 мил (от 0,001'' до 0,008''). Что касается Фиг.18, то оптимизированные рабочие характеристики соответствуют диапазону примерно от -10 до -32 градусов для угла наклона и примерно от 2,0 до 11,0 мил (от 0,002'' до 0,011'') для глубины кубических элементов.
В области положительных углов наклона (Область III) оптимизированные рабочие характеристики обнаружены в диапазоне примерно от -2 до 22 градусов для угла наклона и от 0,5 до 6,5 мил (от 0,0005'' до 0,0065'') для глубины кубических элементов. Например, если обратиться к Фиг.15, то оптимизированные рабочие характеристики для 17-дюймового дисплея показаны в диапазоне примерно от -2 до +22 градусов для угла наклона и примерно от 0,5 до 4,0 мил (от 0,0005'' до 0,004'') для глубины кубических элементов. Если обратиться к Фиг.16, то оптимизированные рабочие характеристики показаны в диапазоне примерно от -2 до +20 градусов для угла наклона и примерно от 0,5 до 4,5 мил (от 0,0005'' до 0,0045'') для глубины кубических элементов. Если обратиться к Фиг.17, то оптимизированные рабочие характеристики показаны в диапазоне примерно от -2 до +20 градусов для угла наклона и примерно от 0,5 до 5,0 мил (от 0,0005'' до 0,005'') для глубины кубических элементов. Если обратиться к Фиг.18, то оптимизированные рабочие характеристики показаны в диапазоне примерно от 0 до +20 градусов для угла наклона и примерно от 1,5 до 6,5 мил (от 0,0015'' до 0,0065'') для глубины кубических элементов.
Как можно видеть при сравнении Фиг.11-14 и соответствующих Фиг.15-18, на оптимальную глубину кубических элементов и угол наклона может также влиять просвет (или расстояние) между источником излучения и камерой. Например, чем больше просвет между источником излучения и камерой, тем меньшую глубину кубических элементов можно использовать для получения оптимальных рабочих характеристик.
Фиг.11-18 также иллюстрируют, что более плоские кубические элементы (с меньшей глубиной кубических элементов) обычно обеспечивают лучшие характеристики при больших углах наклона. Это можно увидеть, если проанализировать Область III и ее изменения при изменении размера экрана и расстояния между источником излучения и камерой. Соответственно, для проведения этого наблюдения были выбраны две области, связанные с Областью III. Эти области были выбраны, поскольку они обнаруживают хорошие рабочие характеристики при различных размерах экранов и различных расстояниях между источником излучения и камерой. Эти области выделены прямоугольными рамками на Фиг.11-18. Например, Рамка 1 находится в области с углом наклона от -4 до +18 градусов и с глубиной кубических элементов от 2,0 до 8,0 мил (от 0,002'' до 0,008'') и содержит комбинации глубины кубических элементов и угла наклона, обеспечивающие хорошие рабочие характеристики при больших размерах кубических элементов. Рамка 2 находится в области с углом наклона от 5,5 до 22 градусов и с глубиной кубических элементов от 0,5 до 4,0 мил (от 0,0005'' до 0,004'') и содержит комбинации глубины кубических элементов и угла наклона, обеспечивающие хорошие рабочие характеристики при меньших размерах кубических элементов. В Области I высокие рабочие характеристики для различных размеров экрана и расстояний между источником излучения и камерой можно обнаружить в области, где угол наклона находится в диапазоне примерно от 8 до 35 градусов, а глубина кубических элементов - в диапазоне от 0,001 до 0,012 дюйма.
Фиг.19 иллюстрирует сравнение двух различных типов призматических пленок, которые были использованы в дисплеях (например, в дисплее сенсорного экрана). Первая пленка имеет глубину кубических элементов, выходящую за пределы предпочтительных областей (например, областей, ограниченных Рамкой 1 и Рамкой 2). Вторая пленка имеет глубину кубических элементов в предпочтительной области (например, внутри Рамки 2). Фиг.15 иллюстрирует увеличение как минимального сигнала, так и диапазона сигнала. Сигнал 400 изображен для первой пленки (имеющей глубину кубических элементов, выходящую за пределы предпочтительной области). Сигнал 400 достигает минимального значения примерно на 180-м пикселе. Это обусловлено тем, что две камеры 117, 118 системы 100 (изображенной на Фиг.1) способны видеть лишь две из трех поверхностей экрана (например, горизонтальную и вертикальную - 90 градусов). 180-пиксельный диапазон - это примерно область углов экрана. Сигнал 402 соответствует второй пленке (имеющей глубину кубических элементов в предпочтительной области) и демонстрирует более высокий сигнал в той же зоне (величина сигнала примерно в два раза больше сигнала 400 на 180-м пикселе).
Хотя изобретение было проиллюстрировано и описано со ссылкой на некоторые предпочтительные формы осуществления изобретения, очевидно, что после прочтения и понимания данного описания и прилагаемых рисунков специалистам в данной области техники будут очевидными эквивалентные изменения или модификации. В частности, что касается различных функций, выполняемых вышеописанными элементами (компонентами, сборками, устройствами, композициями и т.п.), то термины (включая ссылку на «средства»), использованные для описания таких элементов, должны соответствовать, если не указано иное, любым элементам, выполняющим указанную функцию описанного элемента (то есть, функционально эквивалентным), даже если они не являются структурно эквивалентными описанной структуре, которая выполняет эту функцию в проиллюстрированных в данной работе характерных формах осуществления настоящего изобретения. Кроме того, несмотря на то, что конкретные признаки изобретения могли быть описаны выше в связи с одной или более проиллюстрированными формами осуществления настоящего изобретения, эти признаки могут быть объединены с одним или более другими признаками настоящего изобретения, что может быть желательным и выгодным для определенного или конкретного применения.