BRPI0317265B1 - métodos para produzir uma disposição de elementos micro-ópticos aberrados, uma disposição de cantos de cubo com divergência controlada, e para produzir um artigo que compreende uma disposição de cantos de cubo - Google Patents

Abstract

"métodos para produzir uma disposição de elementos micro-ópticos aberrados, uma disposição de cantos de cubo com divergência controlada, e para produzir um artigo que compreende uma disposição de cantos de cubo". produz-se uma disposição de cantos de cubos com modificações diminutas dos ângulos diedros de alguns dos cantos de cubos, pela introdução de uma tensão ou alteração por intermédio do lado oposto do substrato. a disposição dotada de elementos aberrados pode ser replicada para o uso na manufatura de uma ferramenta, e a ferramenta pode ser usada na manufatura de produtos retro-refletores de divergência mais ampla.

Description

MÉTODOS PARA PRODUZIR UMA DISPOSIÇÃO DE ELEMENTOS MICRO-ÓPTICOS ABERRÃDOS, UMA DISPOSIÇÃO DE CÃHTOS DE CUBO COM DIVERGÊNCIA CONTROLADA, E PARA PRODUZIR UM ARTIGO QUE COMPREENDE UMA DISPOSIÇÃO DE CANTOS DE CUBO

Antecedentes da Invenção [0001] Refere-se a presente invenção a um método para produzir um artigo retro-refletor dotado de divergência controlada, e aos artigos produzidos por meio desse método.

[0002] É amplamente conhecido que artigos podem ser feitos a partir de uma disposição de elementos de canto de microcubo. Essa disposição de elementos de canto de microcubo pode ser feita pela pautação de um padrão de cantos de cubo "macho" em uma superfície plana de uma placa. Isto é ensinado de uma maneira geral pela patente U.S. 3.712.706 de Stamm. E igualmente ensinado em detalhe na U.S. 4.478.769 de Pricone, cedida à cessionária em comum e aqui incorporada por referência na sua totalidade.

[0003] A U.S. 4.478.769 descreve um método amplamente conhecido para produzir elementos de canto de cubo triangulares, era que a superfície plana de uma placa padrão é riscada com uma ferramenta de corte de diamante a qual corta uma série de ranhuras em V paralelas, precisas. Para riscar cantos de cubo triangulares eqüilãteros, são feitos três conjuntos de ranhuras paralelas em direções que se cruzam umas às outras segun- do ângulos de 60°; cada ranhura também terá um ângulo incluído de substancialmente 70,53° disposto simetricamente, e será riscado para uma profundidade de ranhura determinada pela altura dos cantos de cubo desejados. Este método resulta automaticamente em uma sucessão de pares de microcubos triangulares eqüiláteros orientados opostamente na face do padrão. Para riscar cantos de cubo de triângulo não eqüilátero as ranhuras dentro dos conjuntos paralelos conterão ângulos diferentes de 70,53° e cruzar-se-ão segundos ângulos que não 60°, tal como exposto, por exemplo, na U.S. 3.684.348 de Rowland. Os métodos para se riscarem cantos de cubo não triangulares geralmente não usam três conjuntos de ranhuras em "V" dispostas simetricamente paralelas, mas as faces dos cantos de cubo são, não obstante, formadas a partir de paredes das ranhuras, conforme exposto, por exemplo, na U.S. 4.938.563 de Nelson. Métodos para se criarem disposições de cantos de cubo diferentes daqueles pela pautação de uma única placa encontram-se expostos na U.S. 6.015.214. A presente invenção aplica-se a todas as disposições de cantos de microcubo, independentemente de como elas se originam.

[0004] Um padrão de elementos de canto de cubo "macho" ou "fêmea" pode ser usado para produzir uma se-qüência de cópias, de gênero alternativo, tal como por eletroformação. Em qualquer estágio, cópias podem ser montadas entre si, e os conjuntos usados para fazer outras cópias. Depois de uma série de estágios de monta- gem e de cópia, pode-se formar uma única "mãe". A "mãe" pode ser usada para fazer ferramentas de produção, tal como por eletroformação, ferramentas essas que podem ser usadas para formarem elementos retro-refletores de microcubos em uma vastidão de material de cobertura de plástico, tal como por gravação em relevo, fundição, moldagem por compressão ou outros métodos conhecidos na técnica.

[0005] O revestimento retro-refletor de canto de microcubos, tal como é preparado pelo método descrito anteriormente é usado em aplicações de segurança de rodovias, tais como sinais rodoviários e marcadores de pavimento. Nessas aplicações, os elementos de canto de microcubos refletem luz proveniente dos faróis dianteiros de um veiculo de volta aos olhos do motorista do veiculo. Esta é uma retro-reflexão inexata em que o ângulo de divergência, a, varia entre aproximadamente 0o e mais de 3o. O valor de a operacional em qualquer situação dada depende da geometria do veiculo e do motorista e da distância que vai do veiculo ao material retro-ref letor. Por exemplo, o ângulo de divergência oc para um farol dianteiro direito de um caminhão grande e seu motorista a uma distância de cerca de 40 metros de um sinal de estrada será de aproximadamente 3o, enquanto que o ângulo de divergência OC para um farol dianteiro esquerdo de automóvel e seu motorista a uma distância de cerca de 600 metros de um sinal de estrada será de aproximadamente 0,05°.

[0006] Igualmente associado com o ângulo de divergência, a, está um ângulo de rotação, £, que é uma medida da direção de divergência. O valor de ε será diferente para os faróis dianteiros esquerdo e direito de um veiculo, e também dependerá da geometria do veiculo e motorista e da posição do sinal de estrada. Para revestimento que será montado em orientação aleatória em sinais de estrada, é requerida retro-refletância a cada valor de ε. Os ângulos α e ε são definidos em ASTM E808, Standard Practice for Describing Retrore-flection, documento este que se refere ao ângulo de divergência α como um "ângulo de observação".

[0007] Idealmente, o revestimento retro-refletor de cantos de microcubo utilizado em sinais de estrada produzirá um padrão de luz retro-refletida dotado de intensidade suficiente sobre uma faixa de valores de ângulos de divergência e valores de ângulos de rotação. Por exemplo, mesmo um sinal de estrada retro-refletor não urbano deverá retro-refletir luz através de um ângulo de divergência oí de cerca de Io, o qual corresponde ao valor de α proveniente de um farol dianteiro direito de caminhão grande de volta ao seu motorista, a uma distância de cerca de 120 metros em relação ao sinal de estrada.

[0008] Aperfeiçoamentos na precisão com que elementos de cantos de microcubos podem ser riscados em uma placa de padrão e duplicados, particularmente por gravação em relevo, têm conduzido a preocupações de que esse revestimento retro-refletor de cantos de microcu-bos podem ser adequadamente retro-refletores sobre somente uma gama de ângulos de divergência muito estreita, tal como cerca de 0,0-0,5 graus. Será preferido proporcionar-se uma disposição de cantos de cubo que produza toda a gama de divergências desejada e dentro de distâncias muito curtas na disposição, de maneira que um observador humano do artigo possa ver o mesmo como retro-refletoramente uniforme.

[0009] A luz que é retro-refletida pelos elementos de canto de cubo micro-dimensionados experimentará uma determinada extensão de difração por causa da dimensão muito pequena dos microcubos. Essa difração resultará em retro-reflexão sobre faixas mais amplas de ângulo de divergência e de ângulo de rotação. As faixas particulares de α e ε serão dependentes do padrão de difração particular de um determinado microcubo, o qual, por sua vez, dependerá da dimensão do cubo, forma do cubo, do índice de refração do material de cubo, e de se as faces de cubo foram ou não metalizadas. A difração, entretanto, não é um método desejável para se intensificar a retro-reflexão através de ângulo de divergência e rotação mais amplo, porque os micro-cubos muito pequenos que conseguem maior difração também fazem com que uma quantidade substancial de luz seja retro-ref letida com um ângulo de divergência α maior do que cerca de 3°, onde a luz não é de utilidade para o motorista do veiculo. A difração também pode resultar em padrões de difração idiossincráticos que são incapazes de retro-refletir luz de uma maneira que seja de utilidade para um motorista de veiculo.

[00010] É conhecido na técnica produzir-se retro-refletância diverqente por meio de elementos de cantos de cubo que são dotados de aberrações intencionais em relação aos seus ângulos diedros que se desviam levemente de 90°. O clássico documento "Study of Light Deviation Errors in Triple Mirrors and Tetrahedral Prisms", J. Optical Soc. Amer., vol. 48, no. 7, pp. 496-499, July, 1959 por P. R. Yoder, Jr., descreve padrões de pontos amplamente conhecidos resultantes dessas aberrações.

[00011] A U.S. 3.833.285 de Heenan, cedida à cessionária em comum e aqui incorporada por referência na sua totalidade, expõe que tendo um ângulo diedro de um elemento de canto de cubo macro-dimensionado maior do que os outros dois resulta em angularidade de observação estendida em microcubos, e especificamente que a luz retro-refletida diverge em um padrão alongado.

[00012] Quando se risca uma disposição de cantos de cubo, erros de ângulos diédricos podem ser produzidos seja ao fazer-se com que os ângulos laterais da ranhura sejam levemente diferentes em relação aos ângulos de projeto, conforme ensinado pela U.S. 3.712.706 de Stamm, ou ao fazer-se com que os ângulos dos cruzamentos de raiz de ranhura sejam diferentes dos ângulos de projeto, ou pela combinação destes métodos.

[00013] A U.S. 4.775.219, de Appeldorn, expõe artigos retro-refletores dotados de perfis de divergência conformados, em gue os elementos de cantos de cubo são formados por três conjuntos de ranhuras em V paralelas que se cruzam, e em que pelo menos um dos conjuntos inclui, em um padrão de repetição, pelo menos dois ângulos laterais de ranhura que diferem um do outro. A U.S. 4.938.563 de Nelson estende o método da U.S. 4.775.219 a padrões não repetitivos de diferenças de ângulos laterais de ranhura.

[00014] A U.S. 6.015.214 de Heenan et al., cedida à cessionária em comum, ensina métodos de se formarem microcubos pela pautação de ranhuras em V nas bordas de uma pluralidade de placas planas, e expõe que o ângulo de inclinação de uma ferramenta de corte, com relação às bordas de placa que estão sendo riscadas, pode ser ajustada continuamente quando cada ranhura é cortada como uma função da distância percorrida pela ferramenta de corte através das bordas de placa.

[00015] O pedido de patente U.S. pendente S.N. 10/167.135, depositado em 11 de junho de 2002 reivindicando o beneficio do S.N. 60/297.394, depositado em 11 de junho de 2001, expõe artigos retro-refletores e um método para produzir artigos retro-refletores dotados de divergência mais ampla controlada produzida pela pautação de três conjuntos de ranhuras em forma de V paralelas que se entrecruzam em que desvios não uniformes de pautação dos ângulos diédricos de cubo em rela- ção a exatamente 90° são intencionalmente introduzidos ao fazer com que a ferramenta de corte e a superfície do substrato oscilem em relação uma à outra de uma maneira controlada durante a pautação de pelo menos uma das ranhuras em "V".

[00016] Constitui, assim, um objetivo da invenção, proporcionar um artigo que compreende uma disposição de elementos de cantos de microtubos retro-refletores dotados de divergência mais ampla controlada.

[00017] Constitui um outro objetivo da invenção proporcionar um método para produzir esse artigo.

Sumário da Invenção [00018] De acordo com o método da invenção, proporciona-se um método dotado de primeira e segunda superfícies opostas, a dita primeira superfície tendo uma disposição de elementos de cantos de cubo. O substrato é trabalhado de uma maneira controlada em uma ou mais regiões localizadas na segunda superfície para criar uma mudança localizada na tensão do material de substrato. O grau de trabalho e a disposição de localizações pode ser substancialmente regular ou elas podem ter irregularidade controlada. O substrato é suficientemente fino de forma que a mudança na tensão induzida pelo trabalho na segunda superfície provoca uma mudança em um ou mais ângulos diédricos de um ou mais elementos de cantos de cubo na primeira superfície oposta à região de trabalho. As mudanças nos ângulos diédricos dos elementos de cantos de cubo afetados serão da ordem de uma fração de um grau. Esta mudança é suficiente para criar uma aberração no elemento de cantos de cubo que afetará a divergência de luz retro-refletida pelo canto de cubo. A disposição com um ou mais elementos de cantos de cubo aberrados pode ser copiada, montada e novamente copiada, tantas vezes quantas desejadas e usada para formar uma ferramenta adequada para o uso na manufatura de revestimentos microprismáticos, tais como por fundição, gravação em relevo, moldagem de compressão, ou outros métodos. 0 revestimento de cantos de cubo feito a partir dessa ferramenta terá uma gama de divergência mais ampla do que o revestimento de cantos de cubo feitos a partir de disposições que têm ou elementos de cantos de cubo não aberrados, ou elementos de cantos de cubo aberrados de forma substancialmente idêntica por desvios de ângulo fixos. Em uma concretização preferida, a retro-refletância total da disposição é substancialmente preservada.

Descrição das Figuras [00019] O precedente e outros aspectos novos e vantagens da invenção serão mais bem compreendidos de uma leitura da descrição detalhada seguinte tomada em conjunto com os desenhos anexos, nos quais: [00020] A Figura IA é uma vista plana de topo de um substrato dotado de um padrão normal de elementos de cantos de cubo triangulares retro-refletores formados no mesmo, tal como é conhecido na técnica.

[00021] A Figura 1B é uma vista frontal do subs- trato da Figura IA quando os elementos de cantos de cubo são machos.

[00022] A Figura 1C representa uma vista frontal do substrato da Figura IA quando os elementos de cantos de cubo são fêmeas.

[00023] A Figura 2 é uma fotomicrograf ia de uma seção de um substrato de metal dotado de uma pluralidade de elementos de cantos de cubo em uma superfície do mesmo, e submetido a energia laser em três locais distintos na superfície oposta.

[00024] A Figura 3A é uma vista plana de topo, es-quemática, de uma disposição experimental de elementos de cantos de cubo triangulares, em que uma tensão foi introduzida no elemento de canto de cubo central.

[00025] A Figura 3B representa uma vista plana de topo, esquemática, de uma disposição experimental de elementos de cantos de cubo triangulares, em que uma tensão foi introduzida em uma área entre dois elementos de canto de cubo.

[00026] A Figura 3C representa uma vista plana de topo, esquemática, de uma disposição experimental de elementos de cantos de cubo triangulares, em que uma tensão foi introduzida em uma área entre seis elementos de cantos de cubo.

[00027] A Figura 4A representa um gráfico que mostra valores de RA calculados de revestimento de cantos de cubo não aberrados da técnica anterior hipotéticos sobre uma faixa de ângulo de divergência de 2o, e para três ângulos de rotação diferentes.

[00028] A Figura 4B representa um gráfico que mostra os valores de RA de revestimento de cantos de cubo da técnica anterior hipotéticos feitos a partir de um padrão aberrado durante pautação de acordo com a técnica anterior, sendo os valores de RA calculados sobre uma gama de ângulo de divergência de 2o, e para três diferentes ângulos de rotação.

[00029] A Figura 4C representa um gráfico que mostra valores de RA calculados de uma amostra hipotética de um revestimento de cantos de cubo preparados de acordo com a presente invenção, em que tensão foi introduzida uma vez para cada 12 elementos de cantos de cubo, sendo os valores de RA calculados sobre uma faixa de ângulos de divergência de 2°, e para três diferentes ângulos de rotação.

[00030] A Figura 4D representa um gráfico que compara a média das três curvas da Figura 4a, a média das três curvas da Figura 4B, e a média das três curvas da Figura 4C.

Descrição da Concretização Preferida [00031] Da maneira que é utilizada neste contexto, a expressão "elementos de cantos de cubo" inclui aqueles elementos que consistem de três faces que se cruzam mutuamente, cujos ângulos diédricos são de uma maneira geral da ordem de 90°, mas que não são necessariamente exatamente 90°.

[00032] Da maneira que é utilizado neste contexto, o termo "substrato" significa uma espessura de um material que tem uma disposição de elementos de cantos de cubo macho ou fêmea, formada em uma primeira face do mesmo. A segunda superfície pode ser plana, ou pode ser um tanto irregular em um padrão de um modo geral correspondente à disposição de elementos de cantos de cubo na face frontal. Para elementos de cantos de cubo macho, a expressão "espessura de substrato" significa a espessura de material em que repousam os elementos de cantos de cubo. Para elementos de cantos de cubo fêmea, a expressão "espessura de substrato" significa a espessura total de material onde os elementos de cantos de cubo fêmea formam cavidades.

[00033] Da maneira que são utilizados neste contexto, os termos "divergência" e "ângulo de divergência" significam o ângulo entre a direção da luz que entra em um elemento retro-refletor (por exemplo, um canto de cubo) e a direção da luz que deixa esse elemento. No contexto da fotometria de retro-refletores, este ângulo é comumente chamado de "ângulo de observação". Um canto de cubo macho não retro-refletor é descrito, por convenção, como tendo a divergência do canto de cubo fêmea associado que é o complemento geométrico do macho e construído do mesmo material.

[00034] A luz reflete-se em um padrão de intensidade bidimensional, e o ângulo de divergência mede a distância a partir do centro deste padrão. Da maneira que é utilizada neste contexto, a expressão "faixa de divergência" significa a faixa de ângulos de divergência para os guais o padrão de retro-refletância é relativamente intenso de maneira a ser útil para o propósito pretendido do artigo retro-refletor.

[00035] Da maneira que é utilizada neste contexto, a expressão "cópia de enésima ordem" de alguma entidade refere-se à resultante de uma cadeia de cópias a partir da primeira entidade, a dita cadeia contendo exatamente n-1 cópias intermediárias. Uma cópia direta é denominada de uma cópia de Ia ordem. Reprodução refere-se à reprodução da geometria de superfície ordenada de cantos de cubo das entidades, e é compreendido que a maior parte dos métodos de reprodução produzem disposições fêmea a partir de disposições macho, e disposições macho a partir de disposições fêmea. Compreende-se, ou-trossim, que somente alguma parte da última entidade precisa ser uma cópia da enésima ordem de somente alguma parte da primeira entidade para que o termo seja aplicável. Se houve etapas de montagem na cadeia de reprodução, muitas partes da última entidade podem ser cópias da enésima ordem da mesma primeira entidade. Se uma parte da última entidade é uma cópia de enésima ordem, enquanto uma outra parte da última entidade é uma cópia da emésima ordem, da mesma primeira entidade, então a última entidade é tanto uma cópia da enésima ordem quanto uma cópia da emésima ordem da primeira entidade. A reprodução pode ser conseguida por eletrofor-mação, fundição, moldagem, gravação em relevo, e outros métodos que reproduzem a geometria de superfície sob uma precisão desejada.

[00036] Da maneira que é utilizado neste contexto, o termo "aberração" significa uma pequena mudança em um ou mais dos ângulos diédricos de um elemento de cantos de cubo, suficiente para provocar uma mudança na divergência da luz retro-refletida pelo elemento.

[00037] Da maneira que é utilizado neste contexto, o termo "retro-refletância total" significa a quantidade de fluxo de luz retro-refletida dentro de 4 graus de ângulo de divergência, em relação ao fluxo de luz incidente. O ângulo de incidência é aproximadamente normal. A luz incidente é aproximadamente CIE Iluminante e a detecção é aproximadamente CIE V(λ). Quando se determina se a retro-refletância total é preservada por um processo que modifica um retro-refletor, faz-se uma compensação para qualquer descoloração do retro-ref letor. Quando se determina se a retro-refletância total é preservada por meio de um processo que modifica um estágio macho, a determinação é baseada na retro-refletância das cópias fêmea que são feitas a partir desse macho.

[00038] Da maneira que é utilizada neste contexto, a expressão "divergência geométrica média" significa o ângulo de divergência médio para todos os raios retro-refletidos por um canto de cubo, tal como o que seria encontrado pelo traçado de raio de um grande número de raios.

[00039] A Figura IA mostra uma vista plana de topo de um substrato 12 dotado de uma primeira superfície 13 e uma segunda superfície (não ilustrada) oposta à primeira superfície 13, sendo que a dita primeira superfície 13 tem formada na mesma uma sucessão de elementos retro-refletores 14 do tipo canto de cubo triangular. Os cantos de cubo são machos ou fêmea, na dependência de como a figura é apreendida.

[00040] A Figura 1B mostra uma vista frontal do substrato ilustrado na Figura IA quando os cubos são machos. A Figura 1C mostra uma vista frontal do substrato ilustrado na Figura IA quando os cubos são fêmeas . Na Figura 1C todos os detalhes de cantos de cubo estão em linhas ocultas. Uma convenção seguida neste contexto torna a espessura de substrato igual à dimensão "t" indicada nas Figuras 1B e 1C.

[00041] O elemento de canto de cubo 14 é formado por três faces mutuamente perpendiculares 16 que se encontram no ápice 19. As faces mutuamente perpendiculares 16 cruzam-se umas com as outras em ângulos diédri-cos 18. Os ângulos nas bordas diédricas 18, entre as faces que se cruzam mutuamente 16, são chamados ângulos diédricos. Em um elemento de canto de cubo geometricamente perfeito, cada um dos três ângulos diédricos é de exatamente 90°.

[00042] De uma maneira geral, para o uso no método da presente invenção, a espessura preferida do substrato 12 dependerá do material de que é feito o substrato.

Para níquel formado por eletrodeposição, a espessura do substrato 12 estará de um modo geral na faixa de cerca de 0,1 mm até cerca de 2,0 mm, com maior preferência na faixa de 0,2 mm até cerca de 1 mm, e em uma concretização preferida em uma faixa de cerca de 0,3 mm até cerca de 0,6 mm. Os materiais adequados a partir dos quais o substrato 12 pode ser feito incluem metais e plásticos. O substrato 12 pode ser um padrão pautado, se esse padrão não for demasiadamente espesso. Preferentemente, o substrato 12 é uma cópia de enésima ordem de um padrão em que elementos de canto de cubo são formados, tais como por pautação, ou por meio de qualquer um dos métodos expostos nas U.S. 6.015.214 ou 10/167.135 mencionadas anteriormente.

[00043] O substrato 12 é então trabalhado de uma maneira controlada em uma ou mais regiões localizadas da sua segunda superfície, sendo o trabalho suficiente para criar uma mudança localizada na tensão no material de substrato, mudança de tensão essa que provoca uma mudança em um ou mais dos ângulos diédricos de um ou mais dos elementos de canto de cubo na primeira superfície oposta ao local de trabalho. O trabalho da segunda superfície é pretendido para ou adicionar, remover ou modificar material nas regiões localizadas na segunda superfície, ou simplesmente para aplicar pressão local, temperatura ou outra alteração. O trabalho é de um grau suficiente para provocar uma mudança na tensão do material que compreende os cantos de cubo 14 opostos à região localizada do trabalho, resultando em uma mudança diminuta de um ou mais ângulos diédricos 18, provocando assim a aberração do elemento de canto de cubo. Esta alteração diminuta dos ângulos diédricos será, de uma maneira geral, da ordem de uma fração de um grau. Para as faces de cubo que são levemente en-curvadas, os ângulos diédricos são definidos entre os planos que melhor se adaptam às faces. 0 grau de curvatura de face produzido por este método pode ser opti-camente insignificante.

[00044] Em uma concretização preferida da invenção, o trabalho na segunda superfície será de uma grandeza suficientemente pequena que não danificará a lisura das faces de cubo e a nitidez das bordas de cubo na primeira superfície. Além disso, nenhum trabalho precisa ser feito na primeira superfície que venha a afetar prejudicialmente seja a lisura de superfície ou nitidez das bordas dos elementos de canto de cubo. Con-seqüentemente, em uma concretização preferida da invenção, a retro-refletância total de cada elemento de canto de cubo é substancialmente preservada.

[00045] O trabalho controlado da segunda superfície que introduz a alteração na tensão pode ser realizado por meio de uma variedade de meios, incluindo energia, agentes químicos, usinagem ou pressão na segunda superfície.

[00046] A energia pode ser aplicada, por exemplo seja como energia elétrica ou calor focalizado, tal co- mo por meio de um laser de infravermelho ou maçarico de ponta de lápis. Por exemplo, energia de laser focalizada poderá fundir uma quantidade de material muito pequena em uma área localizada na segunda superfície. 0 material fundido, então, poderá ou evaporar-se, ser soprado para fora, ou ressolidificar-se, de uma maneira tal que qualquer uma destas alterações no material de substrato aumentará ou diminuirá a tensão do material nas regiões localizadas. Pulsos de laser podem ser aplicados a cerca de 150-700 pontos por cm2 de superfície, com cada pulso afetando os ângulos diédricos de cerca de 1-10 elementos de cantos de cubo na primeira superfície; outros valores do número de pulsos de laser por área unitária podem ser usados na dependência do efeito óptico desejado.

[00047] Agentes químicos podem ser particularmente úteis onde o substrato 12 é um material plástico. Nesses casos, a aplicação de uma gota de solvente na segunda superfície do substrato faz com que o substrato se contraia ligeiramente, alterando assim os ângulos diédricos de pelo menos alguns dos elementos de canto de cubo na primeira superfície.

[00048] Métodos de usinagem podem incluir, por exemplo, micro-perfuração. A perfuração envolve a remoção de material, com perturbação direta mínima do material circundante. A perfuração é preferentemente usada no método da presente invenção em que o substrato que estáq sendo trabalhado já tem alguma tensão inter- na; a perfuração proporciona alívio localizado da tensão, e o diferencial de tensão resultante cria a deformação mínima dos ângulos diédricos nos elementos de canto de cubo na primeira superfície oposta à perfuração .

[00049] A pressão pode produzir distensão localizada que envolve o movimento de material, tal como pelo contacto da segunda superfície contra dentes cegos salientes. Essa distensão localizada preserva a massa de material ao mesmo tempo em que cria tensão. Essa distensão localizada pode ser proporcionada por meios mecânicos, tais como um rolete de dentes que pode ser rolado contra a segunda superfície do substrato. Os dentes salientes podem ser dispostos no rolete a cerca de 2-10 dentes/cm2, com cada ponta de dente simulando os ângulos diédricos de cerca de 75 elementos de canto de cubo; esses roletes de dentes encontram-se comercialmente disponíveis. O trabalho da segunda superfície é realizado pela passagem da segunda superfície (plana) do revestimento sobre o rolete de dentes para criar distensão localizada no revestimento suficiente para criar alterações nos ângulos diédricos dos elementos de canto de cubo opostos às distensões localizadas. Cópias podem ser produzidas a partir do artigo trabalhado, ou então o substrato poderá ser o artigo de revestimento final.

[00050] O grau de cada trabalho do substrato em cada local poderá ser uniforme ou variável. A variação no grau de trabalho pode ser padronizada ou ela poderá semi-randômica. Os locais dos trabalhos também podem ser padronizados ou semi-randômicos. "Semi-randômico" refere-se a uma distribuição que está sob controle estatístico, mas não controlada em detalhe pleno.

[00051] Uma concretização da invenção está ilustrada na Figura 2, a qual é uma fotomicrografia de um substrato de níquel formado por eletrodeposição que tem uma primeira superfície e uma segunda superfície, com um padrão elementos de canto de cubo fêmea na sua primeira superfície, sendo o substrato dotado de uma espessura de 0,45 mm. Três regiões localizadas predeterminadas da segunda superfície, indicadas pelas setas, espaçadas de 0,5 mm, foram submetidas à aplicação de um laser pulsado-focalizado dotado de um comprimento de onda de 1064 nm e uma duração de pulso de 4,0 ms aplicando uma energia de 1,35 J. A superfície seccional da amostra foi polida e, então causticada com ácido para revelar a estrutura granulométrica na fotomicrografia. Pode ser observado, a partir da estrutura granulométrica na Figura 2, que os pulsos de laser produzem pequenas tensões no material de substrato. Estas pequenas tensões exercem um efeito através do substrato 12 para provocar uma aberração do elemento de canto de cubo na primeira superfície. 0 efeito nos ângulos diédricos é excessivamente pequeno para ser visto com a fotomicro-grafia, mas ele terá um efeito opticamente significativo na divergência dos cantos de cubo e, desse modo, dos produtos retro-refletores que estão em uma cópia de enésima ordem do substrato assim trabalhado.

[00052] Uma vantagem da presente invenção reside no fato de que, diferentemente dos métodos que se baseiam no ranhuramento para transmitir erros diédricos, por exemplo, em Appeldorn '219 e pedido pendente 10/167.135 citados anteriormente, o presente método pode colocar cantos de cubo fortemente aberrados, individuais, em qualquer ponto na disposição, circundados por cantos de cubo relativamente não aberrados. Ainda uma outra vantagem do método exposto é que, se o trabalho for sempre focalizado em pontos na segunda superfície oposta aos ápices dos cantos de cubo, o resultado pode ser uma população de cantos de cubo fortemente aberrados dotados de erros aproximadamente iguais nos seus três ângulos diédricos, tal como é por vezes desejável. Ainda uma outra vantagem do método exposto é que ele pode ser usado para ajustar as características de divergência de um padrão de cantos de cubo anteriormente preparado, ou de uma cópia de enésima ordem de um padrão previamente feito.

[00053] O substrato trabalhado pode ser usado para produzir produtos retro-refletores de acordo com métodos conhecidos na técnica. Por exemplo, depois de trabalho localizado ter sido completado, várias cópias podem ser feitas da primeira superfície 13 do substrato 12 e estas cópias podem ser montadas em conjunto seja com ou sem cópias de disposições de cantos de cubo in- cluindo elementos de canto de cubo não aberrados, ou disposições de cantos de cubo dotadas de outras aberrações feitas a partir de outros substratos trabalhados. Cópias sem costura do conjunto podem ser feitas tal como mediante eletrodeposição de níquel. Uma cópia poderá ser uma ferramenta. As ferramentas feitas a partir dessas disposições de elementos de canto de cubo incluindo um ou mais elementos de canto de cubo aberrados podem ser usadas para manufaturar produtos retro-refletores tais como revestimento. Esses métodos de manufatura são conhecidos na técnica e incluem, por exemplo, gravação em relevo, fundição e moldagem por compressão. Uma ferramenta da presente invenção pode ser usada em cada um destes métodos de manufatura e variações dos mesmos. Por exemplo, um método para produzir uma ferramenta encontra-se exposto na U.S. 4.478.769, e um método para gravação em relevo de revestimento que utiliza essa ferramenta encontra-se exposto na U.S. 4.486.363, ficando as duas incorporadas neste contexto por referência nas suas totalidades.

[00054] A aberração pode ser aplicada em qualquer um ou mais estágios no processo de reprodução, a um substrato que é dotado de cantos de cubo que podem ser macho ou fêmea. Uma disposição que foi aberrada por meio do método de trabalho localizado poderá ser ainda aberrada pela reaplicação do mesmo método de trabalho localizado ao mesmo substrato que foi marcado pela disposição original. Uma disposição que tenha sido aber- rada pelo método de trabalho localizado pode ser copiada uma ou mais vezes e essa cópia pode ser ainda aber-rada pelo mesmo método. Seja qual for o esquema, na produção de um artiqo existe uma última aplicação do método de trabalho localizado. Ou o artiqo é uma cópia de enésima ordem do substrato que recebeu a última aplicação do método, ou então o próprio artigo recebido na dita última aplicação do método. EXEMPLO 1 [00055] Uma eletroforma de níquel de 0,38 mm de espessura tendo uma disposição de elementos de canto de cubo triangulares fêmea de cerca de 0,1 mm de altura na sua primeira superfície foi trabalhada de acordo com a presente invenção utilizando-se energia de laser aplicada na segunda superfície diretamente oposta ao ápice de um elemento de canto de cubo. O laser produziu radiação infravermelha tendo um comprimento de onda de 1064 nm, com uma duração de pulso de 4,0 ms, alimentando 1,4 J de energia. O pulso na segunda superfície induziu uma tensão na eletroforma, resultando em uma deformação de alguns dos ângulos diédricos na primeira superfície. Na Figura 3A encontra-se ilustrada a forma triangular de cada elemento. O pequeno símbolo "o" no interior de cada triângulo localiza o ápice do canto de cubo. O número em cada canto de cada microcubo triangular indica o desvio medido em minutos em relação a 90° do ângulo diédrico correspondente, em que 1° é igual a 60 minutos. O elemento de canto de cubo oposto ao laser aplicado fica exatamente acima do centro da figura. Aquele elemento de canto de cubo mais próximo do foco do laser teve aberrações nos seus ângulos dié-dricos variáveis entre cerca de um terço até cerca de meio grau. Pode-se observar a partir da Figura 3A que os elementos de canto de cubo nas proximidades do elemento oposto ao pulso de energia de laser também experimentaram aberrações de seus ângulos diédricos, muito embora essas aberrações não fossem tão grandes quanto aquelas experimentadas pelo cubo central mais próximo do foco do pulso de laser. De uma maneira geral, as aberrações de ângulo diédrico são maiores do que aquelas dos elementos de canto de cubo que ficam mais próximos do foco do pulso de laser, e são menores nos elementos de canto de cubo que ficam mais afastados em relação ao foco do pulso de laser.

[00056] Acredita-se no presente momento que um substrato mais fino irá requerer um pulso de laser ou de outros meios de trabalho de energia mais baixa para produzir uma aberração em um elemento de canto de cubo tal como ilustrado na Figura 3A, que resultará em aberrações menores nos cubos vizinhos. De forma assemelhada, acredita-se que um substrato mais espesso irá requerer um pulso de energia ou outros meios de energia mais alta. Portanto, mais dessa energia será dissipada para os cubos vizinhos, resultando em maiores alterações dos ângulos diédricos dos elementos de canto de cubo adjacentes. EXEMPLO 2 [00057] Em um outro local na mesma eletroforma de níquel usada no Exemplo 1 a segunda superfície foi trabalhada da mesma maneira que no Exemplo 1, exceto que o foco do pulso da energia de laser foi dirigido para uma parte da segunda superfície diretamente oposta à linha entre os dois cantos de cubo na primeira superfície. Estes dois cantos de cubo estão ilustrados mais próximos do centro na Figura 3B, figura esta que ilustra aberrações da mesma maneira que as aberrações foram ilustradas na Figura 3A. Os dois cantos de cubo central tiveram a maior aberração medida de seus ângulos diédricos, muito embora a aberração não fosse tão grande quanto para um único cubo no centro da Figura 3A. EXEMPLO 3 [00058] Ainda em uma outra localização da mesma eletroforma de níquel utilizada nos Exemplos 1 e 2, a segunda superfície foi trabalhada da mesma maneira que nos Exemplos 1 e 2, exceto que o foco do pulso da energia de laser foi dirigido para uma parte da segunda superfície diretamente oposta ao ponto na primeira superfície onde se encontraram seis cantos de cubos. Este ponto está ilustrado exatamente à direita do centro da Figura 3C, figura esta que ilustra aberrações da mesma maneira que as aberrações foram ilustradas na Figura 3A. Cada ângulo diédrico emanante desse ponto mostrou aberração medida significativa.

CÁLCULOS COMPARATIVOS

[00059] Propriedades de retro-refletância previstas de dois revestimentos de cantos de cubo de acrílico não metalizado estão ilustradas nas Figuras 4A-B, para comparação com as propriedades de retro-refletância previstas de revestimento de cantos de cubo de acrílico não metalizado hipotético, preparado de acordo com a presente invenção ilustrada na Figura 4C. A Figura 4A representa retro-refletância calculada de um revestimento de acrílico hipotético da técnica anterior, e sendo gravado em relevo a partir de ferramental dotado de um padrão de elementos de canto de cubo triangulares inclinados a 7o da borda mais paralela, 0,1 mm de profundidade, e que não tiveram aberração. A divergência geométrica média a partir dos cubos de acrílico é zero. As três curvas da Figura 4A representam valores de RA calculados para três diferentes ângulos de rotação 0°, 45° e 90° do revestimento.

[00060] A Figura 4B representa retro-refletância calculada de um revestimento de acrílico hipotético da técnica anterior, sendo gravado em relevo a partir de ferramental que difere do ferramental usado para fazer o revestimento do exemplo da Figura 4A, por ter aberrações introduzidas durante a pautação do padrão. Estas aberrações estão na forma de erros de ângulos diédricos iguais a +9,5 minutos nas duas bordas diédricas mais curtas e +7,0 minutos na borda diédrica mais longa de cada canto de cubo triangular. Estes ângulos diédricos desiguais foram escolhidos para produzirem o equilíbrio de divergência geométrica aproximadamente mais simétrica para o revestimento de cantos de cubo triangulares inclinados da Figura 4A. Quando feitos de acrílico, a divergência geométrica média dos cantos de cubo com estas aberrações pautadas nos seus ângulos diédricos é igual a arco de 41,5 minutos. As três curvas da Figura 4B representam valores de RA para três diferentes ângulos de rotação 0o, 45° e 90° do revestimento.

[00061] A Figura 4C representa uma retro-refletância calculada de um revestimento de acrílico hipotético gravado em relevo a partir de um ferramental da presente invenção. O ferramental difere do ferramental do exemplo da Figura 4A, por ter um padrão de aberrações introduzido por trabalho a laser na segunda superfície da maneira descrita no EXEMPLO 1 e ilustrada na Figura 3A, exceto que (1) em vez de se trabalhar a segunda superfície em um único ponto oposto a um único cubo, o trabalho é oposto um entre cada doze elementos de canto de cubo, (2) as aberrações são multiplicadas por 1,2, para prognosticar o efeito da aplicação de um pulso de laser levemente mais forte, e (3) supõe-se que cada um dos elementos de canto de cubo têm, cada um deles, um erro positivo de arco de +2 minutos em cada ângulo diédrico antes da aplicação da energia de laser. O erro de ângulo diédrico médio deste ferramental da invenção é então o arco de -0,3 minutos, e o desvio padrão do erro de ângulo diédrico é o arco de 11,7 minu- tos. A divergência geométrica média do revestimento de cantos de cubo de acrílico feitos a partir desse ferra-mental é o arco de 41,5 minutos, idêntico ao exemplo da Figura 4B. Especificamente, a Figura 4C mostra três curvas correspondentes aos valores de RA calculados da disposição de cantos de cubo hipotética descrita imediatamente acima medidas para três diferentes ângulos de rotação, a saber, 0o, 45° e 90°.

[00062] A Figura 4D compara a média das três curvas da Figura 4A, a média das três curvas da Figura 4B, e a média das três curvas da Figura 4C. pode ser observado que enquanto o revestimento da técnica anterior da Figura 4A proporciona uma intensidade muito mais alta sobre uma faixa de ângulo de divergência muito estreita, os valores de retro-refletância para a disposição de cantos de cubo em que aberrações foram introduzidas pelo método da presente invenção, tal como descrito e ilustrado em conexão com a concretização da Figura 4C, é prognosticado para ter a sua intensidade estendida sobre uma faixa de ângulos de divergência útil maior, de até 2o. Poderá ser igualmente observado que muito embora o revestimento da técnica anterior aberra-do na pautação, conforme ilustrado na Figura 4B, proporcione intensidade semelhante ao exemplo da invenção em relação à faixa do ângulo de divergência de cerca de 0,5° a 2,0°, o exemplo de 4B tem intensidade deficiente nos ângulos de divergência menores que o tornam menos desejável para aplicações típicas, tais como sinaliza- ção de estradas.

[00063] Em uma concretização preferida da inven- ção, o trabalho realizado na segunda superfície não deformará indevidamente os elementos de canto de cubo ou afetará indevidamente a lisura da primeira superfície óptica, de maneira tal que a retro-refletância total da disposição é substancialmente preservada. Embora a percentagem de retro-refletância preservada desejada seja variável na dependência da retro-refletância total da disposição original e do uso final definitivo do artigo retro-refletor, a retro-refletância total preservada é desejavelmente pelo menos 90%, preferentemente 94% ou melhor, e com maior preferência 98% ou melhor. Quando os inventores primeiro utilizaram um laser focalizado na segunda superfície das eletroformas de níquel finas, parece ter ocorrido alguma degradação da lisura da primeira superfície óptica. Em um caso, a retro-refletância total proveniente da eletroforma fêmea foi reduzida em aproximadamente 6%. Isto implicará em uma perda semelhante para os artigos produzidos a partir do ferramental. Na ocasião deste pedido, acredita-se que essas perdas são praticamente eliminadas quando se trabalhar em um ambiente não oxidante, ou por meio de cre-pitação da eletroforma primeiro com um revestimento não oxidante, tal como de ouro. No presente momento, acredita-se que as perdas observadas foram decorrentes de um fenômeno de degradação de superfície proveniente de não ter, e não devido a fenômenos internos ou de um ex- cesso de curvatura introduzida nas faces ou bordas de cubo.

[00064] No presente momento, quando se utiliza um laser focalizado na segunda superfície de eletroformas finas, as eletroformas são deixadas fixadas aos mandris rígidos nos quais elas foram formadas. Isto exclui o ar e proporciona suporte rígido. A retro-refletância total proveniente dessas eletroformas mostrou ser reduzida em não mais do que aproximadamente 2% pelo tratamento a laser. Adicionalmente, poderá ser de utilidade usinar a segunda superfície da eletroforma fina suportada para uma espessura de substrato uniforme precisa antes do tratamento a laser, uma vez que o efeito nos ângulos diédricos de uma determinada energia de pulso é uma função da espessura de substrato.

[00065] Observe-se que quando se compara a retro-refletância total das eletroformas antes e depois do tratamento a laser, a descoloração da superfície óptica pode influenciar as medições. Os inventores mediram cópias de plástico formadas a partir da eletroforma antes e depois do tratamento quanto à sua retro-refletância total e utilizou-se isto para medir a mudança da eletroforma.

[00066] Quando a técnica da invenção é praticada utilizando-se remoção de material mecânica, tal como por meio de micro-perfuração ou micro-usinagem, prefere-se que o substrato tenha tensão interna inicialmente. A remoção de material então consegue alívio de tensão localizado do substrato inicialmente solicitado uniformemente. A subtração de tensão local e a adição de tensão local são permutáveis entre si para o propósito da técnica da invenção. Para um substrato eletro-formado, a solicitação uniforme inicial pode ser realizada durante a sua formação, por meio de métodos de controle de tensão de chapeamento amplamente conhecidos. A invenção pode obter várias modificações e alterações sem escapar do seu espirito e escopo. A invenção será mais útil para estruturas feitas por operações globais tais como pautação. Por exemplo, muito embora a invenção fosse ilustrada neste contexto utilizando padrões de elementos de canto de cubo triangulares, também poderão ser utilizados elementos de canto de cubo que sejam quadrados, retangulares, pentagonais, ou hexagonais. A invenção também pode ser usada com sistemas micro-ópticos diferentes de cantos de cubo. Con-seqüentemente, deverá ser compreendido que o escopo desta invenção não deverá ficar limitado aos exemplos descritos anteriormente, mas deve ser controlado pelas limitações expostas nas reivindicações seguintes e quaisquer equivalentes expostos nas mesmas.

REIVINDICAÇÕES

Claims (27)

1 - Método para produzir uma disposição de elementos roicro-ópticos aterrados, caracterizado pelo fato de que o método compreende: proporcionar um substrato dotado de primeira e segunda superfícies opostas, a dita primeira superfície tendo uma disposição de elementos micro-ópticos formados na mesma, e trabalho controlado em uma ou mais regiões localizadas na segunda superfície do substrato, sendo o trabalho controlado de uma grandeza suficiente para aberrar um ou mais dos elementos micro-ópticos opostos ao local do trabalho*

2 - Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o método compreende: proporcionar um substrato dotado de primeira e segunda superfícies opostas, a dita primeira superfície tendo uma disposição de elementos de canto de cubo formados na mesma, e proporcionar trabalho controlado em uma ou mais regiões localizadas na segunda superfície do substrato, sendo o trabalho controlado de uma grandeza suficiente para alterar um ou mais ângulos diédricos de um ou mais dos elementos de canto de cubo opostos ao local do trabalho, pelo que os ditos um ou mais elementos de canto de cubo serão aberrados para criarem uma disposição de elementos de canto de cubo dotados de divergência controlada.

3 - Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o dito substrato é dotado de uma espessura na faixa de 0,1 a 2,0 mm.

4 - Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o dito substrato é feito de um metal.

5 - Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o dito metal é níquel eletroformado.

6 - Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o dito substrato é feito de plástico.

7 - Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que o dito trabalho controlado é realizado pela aplicação de pressão.

8 - Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o dito trabalho controlado é realizado pela aplicação de enerqia.

9 - Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o dito trabalho controlado é realizado pela aplicação de produtos químicos .

10 - Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o dito trabalho controlado é realizado por meio de usinaqem.

11 - Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a aplicação de enerqia é selecionada a partir da aplicação de enerqia de laser e a aplicação de energia térmica focalizada.

12 - Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a aplicação de produtos químicos compreende a aplicação de um solvente a um substrato de plástico.

13 - Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a dita etapa de usi-nagem compreende perfuração.

14 - Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a dita etapa de pressão induz distensão localizada a um substrato.

15 - Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a retro-refletância total da disposição de cantos de cubo trabalhada é pelo menos 90% daquela da disposição antes do trabalho.

16 - Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a retro-refletância total da disposição de cantos de cubo trabalhada é pelo menos 94% daquela da disposição antes do trabalho.

17 - Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a retro-ref letância total da disposição de cantos de cubo trabalhada é pelo menos 98% daquela da disposição antes do trabalho.

18 - Método para produzir um artigo que compreende uma disposição de cantos de cubo e tendo divergência controlada, caracterizado pelo fato de que o método compreende: proporcionar um substrato dotado de primeira e segunda superfícies opostas, a dita primeira superfície tendo uma disposição de elementos de canto de cubo formados na mesma, proporcionar trabalho controlado em uma ou mais regiões localizadas na segunda superfície do substrato, sendo o trabalho controlado suficiente para alterar um ou mais ângulos diédricos de um ou mais dos elementos de canto de cubo opostos ao local do trabalho, e criar uma cópia de enésima ordem da disposição .

19 - Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de gue a retro-refletância total da dita disposição proporcionada é substancialmente preservada pelo dito trabalho controlado.

20 - Artigo produzido pelo método conforme definido na reivindicação 18, caracterizado pelo fato do artigo compreender um substrato possuindo um arranjo de elementos micro-óticos; em que os elementos micro-óticos incluem, pelo menos, um elemento micro-ótico com aberração; em que o substrato é trabalhado de uma maneira controlada em regiões localizadas na segunda superfície para criar elementos micro-óticos com aberração .

21 - Artigo, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que o dito artigo é re- tro-refletor.

22 - Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o dito substrato é um revestimento e o dito trabalho é realizado pela aplicação de pressão em locais distintos na segunda superfície do revestimento, sendo a pressão suficiente para introduzir aberrações em um ou mais dos elementos de canto de cubo na superfície frontal do revestimento.

23 - Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito substrato é uma eletroforma formada em um mandril, e o dito trabalho controlado na segunda superfície é realizado enquanto a dita eletroforma ainda se encontra presa ao dito mandril.

24 - Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito trabalho controlado não altera a disposição, exceto pelas mudanças de aberrações dentro dos elementos micro-ópticos da disposição.

25 - Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a grandeza do trabalho é pequena de modo que a lisura das faces dos elementos micro-ópticos não é danificada.

26 - Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a grandeza do trabalho é pequena de maneira que a agudeza das bordas dos elementos micro-ópticos não é danificada.

27 - Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o trabalho inclui trabalho tal que a retro-refletância total de cada um dos elementos micro-ópticos é preservada.