DE2605410A1

DE2605410A1 - Retroreflektierendes material mit geometrischen fresnellinsenplaettchen

Info

Publication number: DE2605410A1
Application number: DE19762605410
Authority: DE
Inventors: Wolfgang H Strehlow
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1975-02-10
Filing date: 1976-02-09
Publication date: 1976-08-19
Also published as: JPS51105792A; USB548440I5; JPS618402B2; FR2333261A1; DE2605410C2; GB1531816A; US3993401A; FR2333261B1

Description

BERLIN 33 BMUNCHEN

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Pat.-Anw. Dr. Ing. Ruschka <->'■ IxUOOn^ Ot ΓΛΓ\ΠΝΕΙ\ Pat.-Anw.Dipl.-lng.

PATENTANWÄLTE ^Η"^η'^Ε·^Ηιι"*5αβ24

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M 3665

Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, Minnesota, \l.St.A.

Retroreflektierendes Material mit geometrischen Fresnellinsenplättchen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein retroreflektierendes Material und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Bei einem retroreflektierenden Material handelt es sich um ein Material, das den größten Teil eines einfallenden Lichtstrahls zur Lichtquelle in einem Lichtkegel mit kleinem Streuuinkel zurückstrahlt, obgleich das Licht uiinklig auf den Reflektor fällt. Diese Reflexionsart udrd auch als "Retroreflexian" bezeichnet.

Bei retroreflektierenden Materialien nach dem Stand der Technik wird die Retroreflexionsuirkung durch verschiedene optische Elemente erzeugt - bspui. Glasperlen, Ulürfelecken sowie Gruppenanordnungen von Linsenelementen. Die Glasperlen werden dabei auf ein Substrat aufgeschichtet, während man die Uürfelecken typischerujeise in ein Hunststaffbogenmaterial einprägt und die Gruppenanordnungen aus kleinen Linsenelementen vor einer reflektierenden Fläche anordnet, die hinter der Brennebene der kleinen Linsanelemente liegt.

" ORIGINAL INSPECTED

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(\lach der vorliegenden Erfindung läßt ein retrQreflektierendes Material sich auf einfache LJeise groBmaBstäblich herstellen, indem man phasenmodulierte Fresnelzonenplättchen auf eine Oberfläche eines transparenten Hopiermediums aufprägt, dessen Dicke einer vorgegebenen, den Fresnelzonenplättchen zugeordneten Brennweite entspricht, und die gegenüberliegende Fläche des Hopiermediums mit einem reflektierenden Material beschichtet und auf diese Weise eins reflektierende Fläche in die rückwärtige Brennebene der Gruppenanordnung aus Fresnelzonenplättchen bringt.

Un eine gleichmäßige RetroreflExionswirkung über das gesamte Material nach der vorliegenden Erfindung zu erzeugen, wird ein Prägestempel aus einem lichtempfindlichen Medium hergestellt, in das man eine Gruppenanordnung aus identischen photographisch verkleinerten Bildern eines geometrischen Fresnelzonenbildes eingespeichert hat. Geometrische Fresnelzonenplättchen sind diejenigen, die durch andere Mittel als interferierende Lichtstrahlen erzeugt werden, um Interferenzrandbilder festzuhalten, die die Fresnelzonenplättchen bilden.

Wach der vorliegenden Erfindung ist der erste Schritt die Erzeugung eines Uorlagenbildes des geometrischen Fresnelzonenplättchens. Dieses Bild besteht aus abwechselnd opaken und transparenten Kreisringen, deren Radien der Beziehung

r_n = CfAn)¹'²

folgsn, in der η aufeinanderfolgende ganzzahlige UJerte beginnend mit 1 annimmt, f die Brennweite und Λ die Wellenlänge des Lichts ist.

Sodann wird ein photoreduziertes Abbild des Uorlagenbildes in ein lichtem-

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pfindliches Medium eingespeichert.

Sodann ändert man die Lages des lichtempfindlichen Mediums relativ zu der Aufzeichnungsvorrichtung und wiederholt den Aufzeichnungsschritt, um eine Gruppenanordnung der photoreduzierten Abbilder im lichtempfindlichen Medium zur Bildung einer Gruppenanordnung aus Fresnelzonenplättchen-AbbildErn herzustellen.

Unter Einsatz von Verfahren, die dem Fachmann bekannt sind, wird das lichtempfindliche Medium mit der Aufzeichnung dann entwickelt, um eine Gruppenanordnung aus Fresnelzonenplättchen zu erzeugen, und zur Herstellung eines Stempels verwendet, der eine Gruppenanordnung aus phasenmodulierten Fesnelzonenplättchen entsprechend der Gruppenahordnung der Fresnelzonenplättchen in dem entwickelten lichtempfindlichen Medium prägen kann.

Dieser Prägestempel wird zum Prägen eines transparenten Kopiermediums, dessen Dicke gleich einer vorgegebenen, diesen fesnelzonenplättchen zugeordneten Brennweite ist, verwendet, wobei auf einer Oberfläche des Kopiermediums eine Gruppenanordnung aus phasenmoduliertEn Fresnelzonenplättchen entsteht.

Schließlich bringt man auf die gegenüberliegende Fläche des Kopiermediums eine Schicht aus reflektierendem Material auf und erzeugt eomit in der rückwärtigen Brennebene der Gruppenanordnung aus eingeprägten phasenmodulierten Fresnelzonenplättchen eine reflektierende Fläche.

Fig. 1 ist eine Photolithographie, die das allgemeine Aussehen eines stark vergrößerten und weggeschnittenen Teils aus retroreflektierendem Material nach der vorliegenden Erfindung zeigt;

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-k-

Fig. 2 zeigt schematisch eine Kantendraufsicht eines retrareflektierenden Materials nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 ist eine Photolithographic eines entwickelten Bildes einer Gruppenanordnung aus amplitudenmodulierten Fresnelzanenplättchen, wie sie in einem Zwischenschritt des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung erzeugt wird.

Wie in Fig. 1 dargestellt, weist das retroreflektierende Material 1o eine Gruppenanordnung identischer phasenmodulierter Fresnelzanenplättchen 12 auf, die gleichmäßig über einer ebenen Fläche 14 des Materials 1a angeordnet sind.

üJie in Fig. 2 gezeigt, sind die FresnelzDnenplättchen 12 in die Oberfläche 14 eines transparenten Hopiermediums 16 aus Kunststoff eingeprägt; auf die Rückseite 2o dieses Materials bringt man dann eine Schicht aus reflektierendem Material 18 auf. Das Kapiermaterial 16 hat eine Dicke gleicher einer vorgegebenen, den Fresnelzonenplättchen zugeordneten Brennweite F. , so daß das reflektierende Material 18 eine reflektierende Oberfläche innerhalb der gesamten rückwärtigen Brennebene der Fresnelzonenplättchen12 bildet. Die Brennweite F. ist in der Tat die wirksame Brennweite, die vom Brechungsindex des für das Kapiermedium 16 eingesetzten transparenten Materials abhängt. Die Linien 21 in Fig. 2 stellen den Fokussiereffekt dar, den die Fresnelzonenplättchen erzeugen.

Beim retrareflektierenden Material 1o tritt ein Retrareflexionseffekt nur für solche Lichtstrahlen auf, die auf die Fresnelzanenplättchen 12 der Grup-

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penanordnung innerhalb van Kegeln um die Achsen dieser FresnelzanenplMttchen auftreffen. Der Öffnungswinkel dieser Hegel ist eine Funktion der Parameter der Fresnelzanenplättchen, und eine kleine f-Zahl ist erwünscht, um einen großen Öffnungswinkel zu erreichen. Bei einer kleinen f-Zahl nimmt auch der retroreflektierende Anteil des einfallenden Lichts zu.

Der erste Schritt zur Herstellung des retroreflektierenden Materials 1o ist das Erzeugen eines verhältnismäßig großen geometrischen Bildes der Fresnelzanenplättchen als Vorlage. Dieses Bild läßt sich von einem technischen Zeichner anfertigen, von einem rechnergespeisten Plotter ausgeben, aus dünnen Metallfolien ausarbeiten oder mit geeignet bemessenen Kreisringen im Photosatz erstellen.

Dem Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet der Technik werden andere Erzeugungsverfahren geläufig sein. Bei der Herstellung des retroreflektierenden Materials 1o wurden die Abmessungen der Ringe ausgerechnet und dann von einem rechnergesteuerten Plotter aufgezeichnet.

Sodann wurde das Vorlagenbild der Fresnelzonenplättchen zu einem Sechseck ahneblendet und auf photographischem Wege mehrfach verkleinert, um ein photoreduziertes Abbild der gewünschten Abmessungen als Durchsichtfilm herzustellen. Die Anzahl der Verkleinerungsschritte hängt vom erwünschten Verkleinerungsgrad und dem Bereich der verfügbaren photographischen Ausrüstung ab, wobei man die Verkleinerungsschritte jeweils so einstellt, daß man die erreichbare Auflösung der photographischen Ausrüstung voll ausnutzen kann.

Sodann wurde das photoreduzierte Abbild in einem lichtempfindlichen Medium

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reproduziert. Mittels einer Kopierkamera ("step and repeat camera") wurde auf dem lichtempfindlichen Medium eine dichte sechseckige Gruppenanordnung aus photoreduzierten Abbildern der Fresnelzonenplättchen hergestellt und das Medium dann entwickelt, um eine Gruppenanordnung aus amplitudenmodulierten Fresnelzonenplättchen herzustellen - vergl. Fig. 3.

Bevorzugte lichtempfindliche Medien sind bspw. Silberhalogenidemulsionen. Da jedoch das entwickelte Abbild der Silberhalogenidemulsion im allgemeinen kein ausreichendes Oberflächenrelief liefert, läßt sich sie noch nicht als Uorlage für einen Stempel einsetzen. Die in der Emulsion gespeicherten Bilder müssen daher auf ein anderes lichtempfindliches Material umkopiert werden, das infolge von Dickenänderungen das erforderliche Oberflächenrelief ergibt. Ein solches Material ist ein Photopolymerisat, das von der Fa. Horizon Corporation unter der Bezeichnung Photorist L 1oB hergestellt wird.

Obgleich dieses PhDtopolymerisat sich bereits als lichtempfindliches Medium einsetzen läßt, wird es hier nicht bevorzugt benutzt, da es weniger empfindlich als eine Silberhalogenidemulsion ist. Die in der Silberhalogenidemulsion gespeicherten amplitudenmodulierten Fresnelzonenplättchen werden also zu phasenmodulierten Fresnelzonenplättchen mit Oberflächenrelief umgewandelt. Sodann läßt sich nach !/erfahren, die dem Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet der Technik vertraut sind, ein Prägestempel herstellen.

Dieser Prägestempel wird sodann zum Einprägen der Gruppenanordnung aus phasenmodulierten Fresnelzonenplättchen auf eine Oberfläche eines transparenten Kapiermediums aus Kunststoff verwendet - vergl. Fig. 1.

Wie in Fig. 2 gezeigt, hat das Kopiermedium eine Dicke gleich der den Fres-

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nelzDnenplättchen 12 zugeordneten vorgegebenen Brennujeits F . Die vorgegebene Brennweite F ist tat sächlich die wirksame Brennuieite, die von dsm
Brechungsindex des für das HDpiermedium 16 eingesetzten Materials abhängt. Dann dampft man reflektierendes Material 18 uie bspuj. Silber ader Aluminium auf die Oberfläche 2o des Kapiermediums 16 hinter der geprägten Oberfläche 14 mit den Fresnelzonenplättchen 12 auf.

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Claims

Patentansprüche

1. Verbessertes Verfahren zur Herstellung

eines retroreflektierenden Materials, dadurch gekennzeichnet, daß man als Vorlage ein geometrisches Bild von Fresnelzanenplättchen aus abwechselnd opaken und transparenten Kreisringen erzeugt, deren Radien der Beziehung

folgen, in der π aufeinanderfolgende ganzzahlige Werte, beginnend mit 1, annimmt, f die Brennweite und Λ. die Wellenlänge des Lichts ist, ein photoreduziertes Abbild des Vorlagenbildes auf einem lichtempfindlichen Medium aufzeichnet, die Lage des lichtempfindlichen Mediums relativ zur Aufzeichnungsvorrichtung ändert und den Aufzeichnungsschritt wiederholt, um eine Gruppenanordnung der photoreduzierten Abbilder auf dem lichtempfindlichen Medium zu erzeugen und so eine Gruppenanordnung von Abbildern der Fresnelzonenplättchen zu erzeugen, das lichtempfindliche Medium zu einer Gruppenanordnung von Fresnelzonenplättchen entwickelt und weiterhin das entwickelte lichtempfindliche Medium zur Herstellung eines Stempels verwendet, mit dem man eine Gruppenanordnung phasenmodulierter Fresnelzonenplättchen entsprechend der Gruppenanordnung der Fresnelzonenplättchen in dem entwickelten lichtempfindlichen Medium mit vorgegebener zugeordneter Brennweite prägen kann, dann diesen Stempel zum Einprägen dieser Gruppenanordnung aus phasenmodulierten Fresnelzonenplättchen in eine Oberfläche des Kapiermediums

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benutzt, dessen Dicke gleich der vorgegebenen Brennweite ist, und daß man schließlich in der rückwärtigen Brennebene der Gruppenanordnung der phasenmodulierten Fresnelzonenplättchen eine reflektierende Fläche anbringt, indem man die gegenüberliegende Fläche des Kopiermediums mit einem reflektierenden Material beschichtet.

2. Retroreflektierendes Material, das nach dem

Verfahren des Anspruchs 1 hergestellt uiurde.

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